Suivi temporel d’une réaction chimique

La spectrophotométrie

Le temps de demi-réaction

La vitesse de réaction

Evolution d’un système chimique

Interprétation microscopique

La SpectrophotométriePrincipe

Absorption de la lumière par les espèces chimiques

Un spectrophotomètre mesure l’absorbance A :

Proportionnelle à la concentration en espèce absorbante

A = k . [X]

k dépend de : - l’épaisseur à traverser

- la longueur d’onde absorbée

La SpectrophotométrieIntérêt

Beaucoup de réactions concernées

Petites quantités de substance nécessaires

Méthode non destructive

Grande plage de durées

(de la microseconde à la semaine)

Vitesse d’une réactionDéfinition

L’avancement croît de moins en moins vite :

Par définition :

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

dtdx . V

1 v

Augmentation de l’avancement

Augmentation de la duréeVolume réactionnel

Détermination de la vitesseGraphique : à t donné, v est la pente de la tangente, divisée par le volume réactionnel

Vitesse d’une réaction

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Détermination de la vitesse

Calcul : à t donné, v est la valeur de la dérivée, divisée par le volume réactionnel

Vitesse d’une réaction

=> Utilisation de la calculatrice ou d’un tableur

Remarque : la pente (donc la vitesse) diminue généralement avec le temps

Temps de demi-réactionUne réaction n’est jamais totalement finie (asymptote)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

t1/2 est la durée nécessaire pour atteindre la moitié de l’avancement maximal

Définition :

NB : Ce n’est pas la moitié de la durée pour atteindre xmax

Temps de demi-réaction

t1/2 est le temps caractéristique d’une réaction donnée

Utilisation de t1/2

Pour une réaction donnée, t1/2 dépend :

- de la température

- des concentrations

t1/2 détermine les méthodes de suivi :

- réactions lentes => titrages possibles

- réactions rapides => mesures informatisées

(spectrophotométrie, conductimétrie, pHmétrie)

Evolution d’un système chimique

On suit les transformations lentes en suivant l’avancement x de la réaction

x est déterminé par :

- une quantité de matière produite

- une quantité de matière consomméeOu bien

Evolution d’un système chimiqueExemple : Équation

2I-(aq) + S2O82-(aq) 2SO4

2-(aq) + I2(aq)

Initial 5,0 10-3 1,0.10-4 0 0

En cours5,0 10-3 - 2.x 1,0.10-4 - x 2.x x

Final5,0 10-3 - 2.xmax

1,0.10-4 - xmax

2.xmax xmax

x = f(t) connu par n(I2) = f(t)

- par titrage de I2 formé ou de I- restant

Evolution d’un système chimiqueExemple :

(titrage par réaction d’oxydoréduction rapide)

n(I2) = f(t) connu :

- par spectrophotométrie qui permet de connaître :

- A = f(t)

- [I2] = f(t) puisque [I2] = k . A

- n(I2) = f(t) puisque n(I2) = [I2] . V

Evolution d’un système chimiqueGénéralement :

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

L’avancement croît de plus en plus lentement vers xmax

(Diminution de la concentration des réactifs)

NB : Exception si la température augmente ou bien ...

Interprétation microscopique

Agitation moléculaire

Un gaz est constitué de molécules :

- éloignées les unes des autres

- en mouvement désordonné

- à une vitesse croissant avec la température

Interprétation microscopique

Agitation moléculaire

Dans un solvant, les entités de soluté (ions, molécules):

- sont éloignées les unes des autres

- sont en mouvement désordonné

- ont une vitesse croissant avec la température

Interprétation microscopique

Chocs efficaces

Un choc entre A et B est efficace s’il entraîne une réaction chimique, du genre : A + B C + D

Plus le nombre de chocs efficaces par seconde est grand, plus la vitesse de réaction est grande

Interprétation microscopique

Facteurs cinétiques

Si la température augmente, les chocs seront plus nombreux et plus efficaces plus grande vitesse de réaction

Si la concentration augmente, les chocs seront plus nombreux plus grande vitesse de réaction

(t1/2 changé seulement pour un réactif plus concentré)