Qu'est-ce que la loi de vitesse ? La loi de vitesse d'une réaction chimique est une expression qui établit une relation entre la vitesse de la réaction et les concentrations des réactifs qui y participent. Où, et représentent les concentrations des réactifs et .
Définition : On appelle loi de vitesse la relation entre la vitesse de réaction et les concentrations de toutes les substances présentes dans le milieu réactionnel, ainsi que tous les autres facteurs susceptibles d'avoir une influence sur la vitesse.
L'unité de la constante de vitesse k peut être déterminée par une analyse dimensionnelle (la dimension d'une grandeur se note entre crochets). Ainsi, [k] = T-1 (T : symbole dimensionnel d'un temps). Nous pouvons en déduire que, pour une réaction d'ordre global n = 1, l'unité usuelle de k est : s-1.
On peut déterminer la valeur de k en effectuant une même réaction à différentes températures. On obtient ainsi une série de mesures rassemblant k = f(t). La méthode des vitesses relatives permet de déterminer l'ordre de réaction par rapport à chacun des réactifs.
Une réaction chimique suit une loi de vitesse d'ordre 1 par rapport à un réactif ou à un produit, si la vitesse volumique d'apparition du produit ou de disparition du réactif est proportionnelle à la concentration en quantité de matière du produit ou du réactif.
D'ordre 1 : Vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration d'un seul réactif ; D'ordre 2 : Vitesse d'une réaction simple est proportionnelle au carré de la concentration d'un des réactifs.
Qu'est-ce qu'une loi de vitesse d'ordre 1 ? On dit qu'une réaction est de premier ordre (ou qu'elle suit une loi de vitesse d'ordre 1) si la vitesse volumique de disparition d'un réactif est proportionnelle à sa concentration, soit pour un réactif A : v = k × cA, avec k une constante positive.
La constante d'équilibre K est une valeur qui nous indique les quantités relatives de réactifs et de produits dans un système à l'équilibre. La constante d'équilibre est spécifique à une certaine réaction à une certaine température.
Vérification de l'ordre 2 à partir des temps de demi-vie
On constate immédiatement que le temps de demi-vie varie avec la concentration initiale, la réaction n'est donc pas du premier ordre. Pour vérifier si elle est du second ordre, calculez le produit t 1 2 × C A , 0 pour chaque expérience.
La constante d'équilibre K caractérise l'état d'équilibre d'un système c'est-à-dire l'état final atteint lorsque la vitesse de formation des produits est exactement égale à leur vitesse de disparition par la réaction inverse.
La vitesse, la distance et le temps sont reliés par une formule, à connaître par cœur : $V=\dfrac{D}{T}$. La vitesse est donc égale à la distance divisée par le temps. En voiture, on roule par exemple à $40$ km/h, on effectue donc le rapport de la distance (kilomètres) par le temps (heure).
La constante de Coulomb se note tantôt simplement kc, tantôt ke ou encore k0. Elle est définie à partir d'une grandeur que les chercheurs appellent la permittivité du vide et elle vaut environ 9x109 en unités du système international, soit plus exactement 8,987 551 792 3 (14)×109 kg.
L'ordre global de la réaction, noté s, est la somme des exposants de la loi de vitesse et donc des ordres partiels de la réaction: s = α + β + γ + ... Dans l'exemple de la page précédente, les données expérimentales permettent de déduire que v est proportionnelle à la concentration [H2O2].
pour une réaction de premier ordre, la constante de vitesse possède les unités s−1 ; pour une réaction de deuxième ordre, les unités sont L·mol−1·s−1 (ou M−1·s−1) ; et pour le troisième ordre, les unités sont L2·mol−2·s−1 (ou M−2·s−1).
Pour calculer une vitesse moyenne, il faut diviser une distance par un temps. La vitesse peut être exprimée en plusieurs unités. Le plus souvent, il s'agit de : km/h (kilomètre par heure)
À tout instant, la vitesse de réaction v est donnée par v=d[P]dt=k2[ES]–k−2[E][P]. Si l'on considère maintenant la vitesse initiale de réaction vi, d'après l'approximation 1 on peut négliger le terme k−2[E][P], ce qui donne vi=k2[ES].
qui est l'équation attachée à l'ordre 2. , on trouve une droite de pente k qui passe par l'origine. où B est très abondant, alors [B] est constante. On peut écrire V = k' [A] (avec k' = k [B]) et on aboutit à une réaction d'ordre pratique 1.
La grandeur v i = d n i d t est appelée vitesse de transformation du constituant . C'est une grandeur algébrique positive dans le cas des produits, négative dans le cas des réactifs.
Vérification de l'ordre 1 d'une réaction
Selon les cas, on peut effectuer cette vérification à partir : des valeurs des temps de demi-vie. des valeurs des vitesses correspondantes à différentes concentrations. des valeurs de concentration mesurées au cours du temps.
La constante d'équilibre nous permet de déterminer si la réaction doit encore se produire pour augmenter la concentration des produits ou des réactifs. Elle nous permet aussi de déterminer si la réaction a atteint son équilibre.
Parfois, la loi de Beer-Lambert est écrite sous la forme A = k \times C dans laquelle la constante k est le produit du coefficient d'extinction molaire \varepsilon et de la longueur l de solution traversée : k = \varepsilon \times l.
L'avancement maximal est égal à la plus petite des deux valeurs. Dans le cas d'une réaction totale, l'avancement final est égal à l'avancement maximal, et on identifie le réactif limitant. On constate que 9,0 × 10–4< 1,1 × 10–3, l'ion iodure est donc le réactif limitant et xf = 9,0 × 10–4 mol.
Une réaction est dite lente si l'évolution d'un de ses paramètres physiques, comme par exemple sa couleur, sa pression ou sa conductivité, peut être apprécié à l'œil nu ou par un appareil de mesure classique, comme par exemple un manomètre ou un spectrophotomètre.
On appelle temps de demi-réaction, noté , la durée au bout de laquelle l'avancement x est égal à la moitié de l'avancement maximal xmax. Le temps de demi-réaction s'exprime en secondes (s).
La vitesse volumique d'une réaction correspond à la quantité de matière formée ou disparue par unité de temps et de volume. Elle est liée à la variation de l'avancement x de la réaction en fonction du temps, soit à la dérivée de l'avancement par rapport au temps.