Cinétique chimique : fiche de révision

1Vitesses de réaction

La vitesse volumique de DISPARITION d'un réactif A est v_d(A) = −d[A]/dt ; la vitesse volumique de FORMATION d'un produit P est v_f(P) = +d[P]/dt (unités : mol·L⁻¹·s⁻¹). Graphiquement, ce sont (au signe près) les coefficients directeurs des tangentes à la courbe de concentration en fonction du temps : la vitesse est maximale au début (pente la plus forte) et diminue au cours du temps à mesure que les réactifs s'épuisent.

Le TEMPS DE DEMI-RÉACTION t₁/₂ est la durée au bout de laquelle l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale (pour une réaction totale avec A limitant : [A] a diminué de moitié). Il donne l'échelle de temps de la transformation.

2Facteurs cinétiques et catalyse

Deux facteurs cinétiques principaux : la CONCENTRATION des réactifs (plus les réactifs sont concentrés, plus la réaction est rapide) et la TEMPÉRATURE (chauffer accélère ; la trempe, refroidissement brutal, fige un système pour l'analyser). Interprétation microscopique : la réaction exige des CHOCS EFFICACES entre entités ; augmenter concentration ou température augmente la fréquence et l'énergie des chocs.

Un CATALYSEUR accélère une réaction sans figurer dans l'équation-bilan ni modifier l'état final : il est consommé puis régénéré, en changeant le mécanisme réactionnel. Catalyse homogène (même phase), hétérogène (phases différentes, réaction à la surface du solide), enzymatique (protéines très spécifiques du substrat, en biologie).

3Loi de vitesse d'ordre 1

Une réaction suit une loi de vitesse d'ordre 1 par rapport à A si v_d(A) = k[A], avec k la constante de vitesse (unité s⁻¹ pour l'ordre 1). L'équation différentielle d[A]/dt = −k[A] a pour solution [A](t) = [A]₀ e^(−kt) : décroissance exponentielle de la concentration.

Propriété caractéristique : le temps de demi-réaction t₁/₂ = ln 2 / k est INDÉPENDANT de la concentration initiale. C'est le critère de reconnaissance d'un ordre 1 (des t₁/₂ successifs égaux). Autre test : ln[A] en fonction de t est une droite de pente −k. La désintégration radioactive suit formellement la même loi.

4Exemple corrigé et pièges

Énoncé : une réaction d'ordre 1 a une constante de vitesse k = 2,0 × 10⁻³ s⁻¹ et [A]₀ = 0,10 mol·L⁻¹. Calculer t₁/₂ et [A] à t = 10 min.

t₁/₂ = ln 2 / k = 0,693/(2,0 × 10⁻³) ≈ 3,5 × 10² s ≈ 5,8 min. À t = 10 min = 600 s : [A] = 0,10 × e^(−2,0×10⁻³ × 600) = 0,10 × e^(−1,2) ≈ 3,0 × 10⁻² mol·L⁻¹.

Pièges d'unités : convertir les minutes en secondes AVANT d'appliquer la formule (k est en s⁻¹) ; ne pas confondre vitesse de disparition (avec le signe −) et dérivée brute ; sur un graphe, la vitesse se lit sur la TANGENTE, pas sur la corde ; un catalyseur ne déplace pas l'équilibre et n'augmente pas l'avancement final : il ne joue que sur la durée.