Définition de la vitesse de réaction
La vitesse de réaction traduit la rapidité avec laquelle les concentrations des réactifs diminuent et celles des produits augmentent au cours du temps.
Pour la réaction a A + b B → c C + d D, on définit une vitesse volumique v (en mol·L⁻¹·s⁻¹) par : v = -(1/a) d[A]/dt = -(1/b) d[B]/dt = (1/c) d[C]/dt = (1/d) d[D]/dt
Les signes moins pour les réactifs assurent que v est toujours positive (les concentrations des réactifs décroissent).
La vitesse n'est pas constante : elle diminue généralement au cours du temps à mesure que les réactifs sont consommés.
Vitesse instantanée et vitesse moyenne
- Vitesse instantanée à l'instant t : pente de la tangente à la courbe A divisée par a (au signe près).
- Vitesse moyenne entre t₁ et t₂ : Δ[A]/(a × Δt).
La vitesse est maximale au début de la réaction (concentrations maximales) et tend vers zéro à l'équilibre ou en fin de réaction.
Suivi cinétique par conductimétrie
La conductimétrie mesure la conductance G (ou la conductivité σ) de la solution, qui dépend de la nature et de la concentration des ions en solution.
Principe : si la réaction consomme ou produit des ions dont les conductivités molaires sont différentes, la conductivité de la solution varie au cours du temps. On relie σ(t) à A par une relation linéaire (calibration).
Exemple — réaction entre HO⁻ et l'ester éthanoate d'éthyle : CH₃COOC₂H₅ + HO⁻ → CH₃COO⁻ + C₂H₅OH
HO⁻ (conductivité molaire élevée) est consommé ; CH₃COO⁻ (conductivité plus faible) est formé. La conductivité diminue au cours du temps, permettant de suivre v.
Suivi cinétique par spectrophotométrie
La spectrophotométrie mesure l'absorbance A d'une solution à une longueur d'onde λ choisie. La loi de Beer-Lambert établit : A = ε · l · C
où ε est le coefficient d'extinction molaire (L·mol⁻¹·cm⁻¹), l le trajet optique (cm), et C la concentration (mol·L⁻¹).
Si le réactif (ou le produit) absorbe à λ, A(t) est proportionnel à sa concentration. On trace A(t) et on en déduit C(t), puis v(t).
Exemple : réaction de décoloration d'un indicateur coloré (bleu de méthylène, permanganate de potassium KMnO₄).
Facteurs influençant la vitesse
La vitesse d'une réaction dépend de plusieurs facteurs :
- Concentration des réactifs : en général, plus la concentration est élevée, plus v est grande (loi de vitesse, voir leçon suivante).
- Température : une augmentation de T accélère la réaction (loi d'Arrhenius). Règle empirique : v double environ tous les 10 °C.
- Catalyseur : abaisse l'énergie d'activation, augmente la vitesse sans modifier l'équilibre.
- Surface de contact : pour les réactions hétérogènes (solide-liquide, solide-gaz), une plus grande surface accélère la réaction (poudre vs gros cristaux).
- Solvant et pression : effets secondaires selon le type de réaction.