BOOST PHYSIQUE-CHIMIE - VITESSE DE RÉACTION

Lorsqu’on a une réaction lente, on va définir ce que sont la vitesse volumique d’apparition des produits et la vitesse volumique de disparition des réactifs.

On va considérer la réaction chimique d’équation A+B à C+D. C’est une équation de réaction très simple. Il n’y a pas de coefficients stœchiométriques dans cette équation.

Vitesse volumique d’apparition d'un produit

La vitesse volumique d’apparition d’un produit est la variation de la concentration en produit en fonction du temps : $V = \dfrac{d[produit]}{dt}$.

On peut donc étudier la vitesse volumique d’apparition de $C$ et de $D.$ La vitesse volumique d’apparition d’un produit s’exprime en $mol.L^{-1}.s^{-1}$, la concentration en $mol.L^{-1}$ et le temps en secondes.

Concrètement, on a ce type de courbe :

Il exprime la concentration de $C$ en fonction du temps. Pour trouver la vitesse volumique d’apparition de $C$ en fonction du temps, on va tracer la tangente à la courbe à trois instants : $t1, t2, t3.$

La vitesse volumique d’apparition de $C$ est le coefficient directeur de la tangente à la courbe. Plus la droite est verticale et plus le coefficient directeur est grand. Plus la droite est horizontale et plus le coefficient directeur est petit. Plus le temps passe et plus la vitesse volumique d’apparition du produit diminue. Cela est logique puisqu'avec le temps, la quantité de produits formés diminue.

Vitesse volumique de disparition d’un réactif

De la même manière, on définit la vitesse volumique de disparition d’un réactif. Elle est égale à : $V = -\dfrac{d[réactif]}{dt}$.

Au niveau des unités c’est exactement la même chose et il faut bien veiller à mettre ce signe " - " devant le quotient. La vitesse n’est pas négative, elle doit être positive dans ces cas-là. Puisque la concentration en réactif diminue au fil de la réaction, pour éviter d’avoir une vitesse négative, on ajoute un signe " - " devant.

De la même manière, on aura ce type de courbe :

On étudie par exemple l’espèce $A$ avec sa concentration en fonction du temps. La vitesse volumique de disparition de $A $ sera le coefficient directeur de la tangente à la courbe à différents instants, ici $t1, t2$ et $t3.$ Plus le temps passe et plus la tangente à la courbe devient horizontale. Donc, plus la réaction se passe et plus le coefficient directeur de la tangente à la courbe diminue et plus la vitesse volumique de disparition de $A$ diminue.

Il existe un cas particulier qui serait le cas de la vitesse d’ordre 1 par rapport à $A.$ Cela veut dire que la vitesse est proportionnelle à la concentration en $A. $ Il n’y a que l’expérience qui pourra déterminer ça. Par exemple, quand on trace la vitesse en fonction de la concentration en $A,$ on aura alors une droite qui passe par l’origine. C’est donc l’expérience et les conditions qui vont déterminer cette loi de vitesse d’ordre 1 par rapport à $A.$