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Module M3 : Cinétique chimique Université Ibn Zohr Faculté des Sciences Appliqu

Module M3 : Cinétique chimique Université Ibn Zohr Faculté des Sciences Appliquées Ait Melloul Master Sciences de l’Environnement en Milieu Urbain : Eaux et Energies Renouvelables (SEMU_2EM) Année 2018-2019 Pr. M. BELMOUDEN Pr. M. BELMOUDEN 1 Qu’est-ce que la cinétique chimique? Les réactions chimiques ne sont pas instantanées. La cinétique chimique étudie leur évolution au cours du temps. Pr. M. BELMOUDEN 2 Il y a deux domaines d’étude : A) Cinétique formelle Etude mathématique et expérimentale des quantités de matières (bilan macroscopique) B) Mécanisme réactionnel Etude de la réaction d’un point de vue microscopique Pr. M. BELMOUDEN 3 Définir: Vitesse de réaction Vitesse de réaction = vitesse à laquelle une réaction se fait,c-à-d la variation de la quantité de réactifs utilisés ou de produits formés dans un intervalle de temps donné. L’unité de la vitesse est fonction de la propriété mesurée. Concentration --mol/L.s Quantité de matière --mol/s Propriétés pouvant varier Quantité de matière Masse Concentration Couleur Conductivité Pression pH Volume Température Pr. M. BELMOUDEN 4 Mesure de la vitesse de réaction  Pr. M. BELMOUDEN 5 Mélange réactionnel Eau Recueil du gaz dans le cylindre gradué. La quantité de gaz produit est notée après un temps. Mesure de la vitesse de réaction Exemples de mesure de vitesse de réaction. Recueille du gaz libéré au cours de la réaction ou mesure de la variation de pression. Mesure de la variation de pression du gaz à l’aide d’une sonde. Pr. M. BELMOUDEN 6 Coton pour empêcher la fuite de solide Balance Mélange réactionnel Mesure de la vitesse de réaction Exemples de mesure de vitesse de réaction. Mesure de la variation de masse du réactif lors d’une réaction qui libère du gaz. Type de graphique de variation de la masse. 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 m a s s e d e r é a c t i f Temps (minutes) Variation de la masse en fonction du temps Plus efficace avec CO2 ou O2. Pas efficace avec H2. Pr. M. BELMOUDEN 7 Regarde le marqueur par le haut Mesure de la vitesse de réaction Exemples de mesure de vitesse de réaction. Réaction-horloge Marqueur Liquide trouble Le temps au bout duquel le marqueur devient invisible est proportionnelle à la vitesse de réaction d’un réactif. Réactif Pr. M. BELMOUDEN 8 En chimie, la vitesse est par définition le quotient de la variation d’une propriété physique par le temps nécessaire pour que cette variation se produise. t Quantité t - t Quantité - Quantité temps le dans Changement quantité la dans Changement initial final initiale finale      Vitesse Vitesse Vitesse Expression des vitesses de réaction Pr. M. BELMOUDEN 9 Les propriétés pouvant varier sont: La masse (nombre de mole – concentration - …) Le pH La conductivité La pression La couleur Le volume. L’unité de la vitesse de réaction est fonction de la propriété mesurée Expression des vitesses de réaction Pr. M. BELMOUDEN 10 Le plus souvent, la propriété utilisée pour exprimer la vitesse de réaction en chimie est la concentration. On utilise la concentration d’un des composés impliqués dans la réaction. Expression des vitesses de réaction Pr. M. BELMOUDEN 11 Expression des vitesses de réaction D C B A    Soit la réaction suivante: Vitesse de réaction = Changement dans la concentration de « A » Changement dans le temps Vitesse de réaction = [A]finale – [A]initiale (mol/L) tfinal – tinitial (en s) Vitesse de réaction = ∆[A] ∆t (en mol/(L.s)) Pr. M. BELMOUDEN 12 Expression des vitesses de réaction Par convention, les vitesses de réaction sont toujours positives. Pr. M. BELMOUDEN 13 Évaluation des vitesses de réaction. La vitesse d’une réaction correspond à la vitesse de disparition d’un des réactifs ou à la vitesse de formation d’un des produits. Comme il peut y avoir plusieurs réactifs et plusieurs produits au cours d’une réaction chimique, il est possible d’avoir plusieurs évaluations de la vitesse. Pr. M. BELMOUDEN 14 Évaluation des vitesses de réaction. Pendant une réaction chimique, la vitesse de réaction n'est pas constante. Elle change avec le temps c'est pourquoi on ne peut pas utiliser seulement les concentrations initiales et finales ainsi que l'intervalle de temps. Pr. M. BELMOUDEN 15 Vitesse moyenne et vitesse instantanées des réactions La vitesse moyenne d’une réaction est le changement moyen en concentration d’un réactif ou d’un produit par unité de temps pour un intervalle de temps donné. La vitesse moyenne donne une idée générale de la rapidité à laquelle se déroule une réaction. Cependant, elle ne dit pas avec quelle rapidité une réaction progresse à un moment spécifique. Pr. M. BELMOUDEN 16 La vitesse moyenne Pr. M. BELMOUDEN 17 La vitesse moyenne Pr. M. BELMOUDEN 18 Vitesse moyenne et vitesse instantanées des réactions La vitesse instantanée d’une réaction est la vitesse de la réaction à un temps particulier. Ayant le graphique de [ ] / temps, la vitesse instantanée sera la pente de la tangente (ligne qui ne touche la courbe qu’à un seul point). Pr. M. BELMOUDEN 19 La vitesse instantanée Pr. M. BELMOUDEN 20 La vitesse instantanée Pr. M. BELMOUDEN 21 Vitesse moyenne et vitesse instantanées des réactions Détermination des vitesses moyennes et instantanées des réactions. Pr. M. BELMOUDEN 22 Vitesse de réaction en fonction des produits et des réactifs dD cC bB aA    Soit la réaction suivante: t A     ] [ Vitesse par rapport à A: t B     ] [ Vitesse par rapport à B: t C    ] [ Vitesse par rapport à C: t D    ] [ Vitesse par rapport à D: Le signe « - » signifie caractérise le fait que le réactif disparaît. Pr. M. BELMOUDEN 23 Vitesse de réaction en fonction des produits et des réactifs. On peut avoir une évaluation unique de la vitesse de la réaction en divisant la vitesse par rapport à une substance par son coefficient stœchiométrique. t D d t C c t B b t A a V               ] [ 1 ] [ 1 ] [ 1 ] [ 1 Pr. M. BELMOUDEN 24 La représentation des vitesses de réaction : Deux façons : En fonction de la vitesse de diminution de [réactifs]. En fonction de la vitesse d’augmentation de [produits]. Pr. M. BELMOUDEN 25 Regardons l’équation suivante : La concentration des réactifs aura une valeur négative! On doit donc la multiplier par -1 pour obtenir une valeur positive car la vitesse doit être exprimée sous la forme d’un nombre positif. Pr. M. BELMOUDEN 26 Vitesse? À un moment précis, l’ammoniac réagit à une vitesse de 0,068 mol/(L.s) La vitesse correspondante de la production de l’eau? Pr. M. BELMOUDEN 27 Réponse 4 moles NH3 doivent réagir produire 6 moles de H2O, la vitesse de production de H2O est 6/4 fois la vitesse de consommation de NH3. Pr. M. BELMOUDEN 28 Les méthodes de mesurer les vitesses des réactions : On doit trouver des moyens pour mesurer les changements des concentrations en fonction du temps. Pr. M. BELMOUDEN 29 1- En mesurant le changement de la masse ou du volume : Les balances attachées à des ordinateurs : Au fur et à mesure que H2 se produit, il s’échappe de la solution et donc, la masse diminue, on peut donc, mesurer la diminution de la masse en fonction du temps. Pr. M. BELMOUDEN 30 2- En mesurant le changement de pH : • Un pH-mètre mesure le changement de pH. • Utile pour les réactions qui impliquent des acides et des bases. • Au fur et à mesure que HCl est consumé, le pH augmente et donc, une mesure du pH peut indiquer le changement de concentration en fonction du temps. Pr. M. BELMOUDEN 31 3- En mesurant la conductivité électrique : • Puisque celle-ci est proportionnelle à la concentration des ions. 4- En mesurant le changement dans la pression : • Dans un système fermé • Ex : • 2 moles de réactifs donnent 5 moles de produits donc la pression augmente. Pr. M. BELMOUDEN 32 5- En mesurant le changement dans la couleur : • La quantité de lumière absorbée est directement proportionnelle à la concentration des composés qui absorbent. • On utilise dans ce cas, un spectrophotomètre. Pr. M. BELMOUDEN 33 Quels sont les divers facteurs qui influencent une réaction chimique? La température La concentration des réactifs La nature des réactifs La présence d’un catalyseur La surface de contact Pr. M. BELMOUDEN 34 La théorie des collisions Pr. M. BELMOUDEN 35 L’énergie cinétique : L’énergie cinétique moyenne des molécules est directement proportionnelle à la température. L’énergie cinétique moyenne (de toutes les types de particules) ne change pas avec le temps aussi longtemps que la température est la même. Pr. M. BELMOUDEN 36 Facteurs qui influent sur la vitesse de réaction Les facteurs qui influent la vitesse de réaction sont: La température: Une augmentation de température augmente la vitesse de uploads/Finance/ cours-m3-cinetique-chimique.pdf