LC08 : Cinétique et catalyse
Bibliographie
- Le livre scolaire, Terminale, chap 4
- Hatier, Terminale, chap 4
- Lemarechal p.278 (manip)
- Lurin and Gruber p.131 (manip)
Niveau
Lycée
Prérequis
- Fonction exponentielle et logarithme népérien
- Dérivées et équation différentielle d’ordre 1
- Loi de Beer-Lambert
Manip
- Suivi cinétique de la décoloration de l’érythrosine B : Lurin et Gruber, p.131 attention dans le protocole ils partent des solides.
- Oxydation du tartrate par de l’eau oxygénée
Introduction
On peut réaliser deux solutions d’érythrosine avec des concentration en javel différentes pour montrer que la décoloration se fait plus ou moins vite.
Attention, cela ne marche aps pour cette leçon car on met l'odre partiel en ions hypochlorite sous tapis derrière un kapp
On met donc en avant qu’une réaction se fait dans les deux cas. Mais qu’elle ne se fait pas à la même vitesse. On va au cours de cette leçon étudier la cinétique des réactions chimiques c’est à dire que l’on va s’intéresser aux vitesses des réactions.
I. Suivi temporel d’une réaction chimique
1) Vitesse volumique
On se place à volume réactionnel constant. Vitesse volumique d’apparition d’un produit : mettre la formule avec la dérivée. A une date t donnée, la vitesse volumique d’apparition du produit est égale au coefficient directeur de la tangente à la courbe de la concentration du produit en fonction du temps.
Vitesse volumique de disparition d’un réactif : On définit la vitesse volumique de disparition d’un réactif de la même manière que la vitesse d’apparition d’un produit. Sauf que la concentration d’un réactif diminue au cours du temps. La dérivée est donc négative. On donne la formule.
On peut donner l’exemple avec la réaction de décoloration de l’érythrosine B.
On peut définir le temps de demi-réaction : c’est le temps nécessaire pour consommer la moitié des quantité de matière du réactif limitant initialement présent. On peut regarder comment on peut l’obtenir graphiquement (sur diapo).
Transition : Maintenant que l’on a d´efini des vitesses caract´erisant l’´evolution d’un système chimique on va chercher à décrire l’évolution temporelle des concentrations des espèces.
2) Loi de vitesse d’ordre 1
On écrit une réaction : aA->bB+cC, on écrit la vitesse de disparition du réactif A.
On peut dire qu’une réaction suit une loi d’ordre 1 par rapport au réactif A si la vitesse volumique de disparition de A est proportionnelle à sa concentration en A. on écrit l’expression de la vitesse. et on dit que k est la constante de vitesse et on donne ses unités.
On écrit alors l’équation différentielle. Et on la résoud.
On regarde ensuite comment on peut l’identifier, on trace la droite le ln([A]) en fontion du temps. Si c’est une droite notre hypothèse était bonne.
La décoloration de l’érythrosine B est d’ordre 1 par rapport à E. On va vérifier cela.
Manip : On met sous le tapis le problème le kapp. On met la javel en excès. On ne le fait que pour une solution.
Transition : Mais comment peut-on suivre l’évolution de ces concentrations ?
3) Suivi de l’évolution des concentrations
Pour suivre l’évolution de la concentration des espèces chimiques au cours du temps on peut utiliser différentes méthodes : Conductimétrie (qui va permettre de déterminer des concentrations d’espèces ioniques), spectrométrie (pour les espèces colorées), titrage.
On va étudier la décoloration de l’érythrosine B par spectroscopie.
Transition : On peut se demander si certains paramètres, certains facteurs vont pouvoir influencer sur la vitesse de la réaction. Il est interessant d’étudier cela car au niveau industriel on va vouloir que la réaction ait lieu le plus vite possible notamment.
II. Facteurs cinétiques et catalyse
1) Température et concentration
Définition : Un facteur cinétique est un paramètre qui influe sur la vitesse de la réaction.
La Température est un facteur cinétique. Plus elle est élevée, plus la vitesse de disparition des réactifs sera rapide. En effet l’augmentation de la température se traduit par une agitation plus importante des molécules. Ainsi, les collisions entre les espèces réactives sont plus fréquentes et les chocs sont plus violent donc plus souvent efficace. La vitesse de disparition des réactifs est donc plus grande.
La Concentration des réactifs est un facteur cinétique, la vitesse de la réaction augmente si on augmente la concentration du réactif en excès. En effet cela se traduit par des collisions plus fréquentes entre les espèces donc par une augmentation de la vitesse de disparition des réactifs.
Pour illustrer ce proposn, on peut utiliser l’animation suivante : Animation
2) Catalyse
Définition : Les catalyseurs sont des composés chimiques utilisés pour accélérer une réaction chimique. Ils ne sont ni consommés ni produit au bilan de la transformation ce qui fait qu’ils n’apparaisent pas dans l’équation bilan. Ils réagissent au début de la réaction mais sont reformés ensuite. Le même état final est atteint mais plus rapidement.
Il va modifier le mécanisme réactionnel.
3) Oxydation du tartrate par de l’eau oxygéné
[Lemarechal p.278] On met du tartrate et l’eau oxygéné en présence. Il ne se passe rien. La réaction est bloquée cinétiquement.
Si à présent on met le catalyseur, la réaction se déclanche. Il a donc permis d’augmenter la vitesse de la réaction.
On peut voir le catalyseur que l’on met qui est rose. On voit la solution devenir verte, le catalyseur a réagit. Il intervient donc au cours de la réaction cependant à la fin de la réaction, la solution redevient rose, le catalyseur est régénéré.
Conclusion
L’étude de la cinétique des réactions est très importante dans l’industrie pour permettre d’accélérer tout le processus de synthèse.