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Les principes du mouvement brownien

Par Mathieu le 08/09/2009 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Interprétation Microscopique de la Cinétique

I. Mouvement brownien et agitation thermique

Définition: On appelle mouvement brownien le mouvement aléatoire de petites particules sous l’impact des molécules d’un fluide (gaz ou liquide).

L’observation du mouvement brownien permet de conclure que les entités (atomes, molécules ou ions) présentes dans un fluide possèdent un mouvement désordonné et rapide. Du fait de leur mouvement, ces entités possèdent une énergie cinétique microscopique liée à la température (voir cours de seconde)

La variation de la température du fluide traduit la variation de l’agitation des entités de celui-ci. Pour cette raison cette agitation des entités d’un fluide est appelée agitation thermique.

II. Aspect énergétique d’une transformation

1. Notion de col énergétique

Soit la réaction chimique A2(g) + B2(g) 2 AB(g). Du point de vue énergétique, cette réaction peut-être décomposée de la façon suivante:

 
  • E1: énergie nécessaire à la rupture des liaisons covalentes
  • E2: énergie libérée par la formation des liaisons A-B
  • DE: énergie transférée au cours de la réaction
Dans ce cas, la réaction est endoénergétique
DE = E1 + E2 > 0
Dans ce cas, la réaction est exoénergétique
DE = E1 + E2 < 0

Pour qu’une transformation chimique se produise, il faut que les entités présentes dans le fluide reçoivent de l’énergie en quantité suffisante pour franchir le col énergétique de la rupture des liaisons.

2. Mécanisme de la réaction

L’énergie reçue par les entités provient de leur énergie cinétique. Au cours d’un choc entre deux entités, deux cas peuvent se produire.

  • E1: énergie nécessaire à la rupture des liaisons covalentes (énergie nécessaire pour franchir le col énergétique)
  • Ec(A2): énergie cinétique de la molécule A2.
  • Ec(B2): énergie cinétique de la molécule B2.
Ec(A2) + Ec(B2) < E1Ec(A2) + Ec(B2) > E1
Dans ce cas, il n’y a pas de réaction.Dans ce cas, il y a réaction A2(g)+B2(g)2AB(g)
Seules les trajectoires et les vitesses des molécules sont modifiées.On dit que le choc est efficace.

III. Facteurs cinétiques

1. Remarques préliminaires

  • La fréquence des chocs efficaces dépend du nombre d’entités réactives par unité de volume, donc de la concentration du réactif.
  • La fréquence des chocs efficaces dépend de l’énergie cinétique des entités réactives. Elle dépend donc de la température.

2. Vitesse de transformation

La vitesse de transformation dépend de la fréquence des chocs efficaces. Plus cette fréquence est élevée, plus la transformation est rapide.

Température élevée  =>  fréquence des chocs élevée  =>  réaction rapide
La température est un facteur cinétique
Concentration des réactifs élevée  =>  fréquence des chocs élevée  =>  réaction rapide
La concentration des réactifs est un facteur cinétique
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