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Etude des facteurs cinétiques

Par Yann le 10/01/2018 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Cinétique chimique > Les Facteurs Cinétiques

Variations de la durée d’une réaction chimique

Par définition, chaque réaction chimique a sa propre durée de réaction.

Cependant, il existe aussi de nombreux facteurs susceptibles de modifier ces durées de réaction. Il est ainsi possible de ralentir ou d’accélérer une réaction chimique en modifiant la concentration des réactifs, la nature du solvant, la pression ou encore la température du milieu, etc.

Ces facteurs capables d’influencer le déroulement d’une réaction chimique sont appelés les facteurs cinétiques.

Influence de la concentration

Le déclenchement d’une transformation chimique nécessite que les réactifs présents dans le milieu entrent en contact les uns avec les autres. Or, lorsqu’ils sont introduits, ils sont initialement dispersés dans le solvant et animés de mouvements aléatoires.

Ainsi, la rencontre entre deux réactifs sera d’autant plus fréquente que les quantités des réactifs présents dans le milieu seront élevées.

Par conséquent : plus la concentration des réactifs est élevée, plus la vitesse de réaction est élevée.

En augmentant la concentration des réactifs, la formation des produits est donc plus rapide. Cependant, la durée de la réaction est dans ce cas plus longue car la quantité de matière qui doit être consommée est plus importante.

Remarque : une des applications possibles consiste à réaliser une dilution du milieu réactionnel afin de stopper la réaction et analyser le mélange en cours de réaction.

Influence de la température

La température d’une substance reflète son état d’agitation thermique. Lorsque la température d’un milieu réactionnel augmente, les particules (molécules ou ions) sont donc plus agitées, et elles se déplacent plus rapidement.

Cela va avoir deux conséquences :

  1. Les rencontres entre les différents réactifs sont plus fréquentes
  2. Les réactifs disposent d’une énergie cinétique plus grande et cette énergie permet d’augmenter la probabilité qu’une collision entre les réactifs conduise effectivement à une réaction chimique.

Par conséquent : l‘augmentation de la température permet donc d’accélérer les réactions chimiques et de réduire leur durée. Elle permet également tout simplement parfois de déclencher des réactions chimiques.

Quel est l'intérêt de ce chauffe ballon ? Utilisation d’un chauffe ballon pour augmenter la température du milieu réactionnel et accélérer et/ou déclencher la réaction chimique

Dans la pratique, l’augmentation de la température du milieu réactionnel est souvent réalisée en utilisant un chauffage à reflux : les réactifs sont alors introduits dans un ballon chauffé et surmonté d’une colonne à reflux, parcourue d’un courant d’eau froide qui va liquéfier les vapeurs issues du ballon et ainsi permettre d’éviter la perte de réactifs.

Par ailleurs, un exemple très parlant dans la vie de tous les jours est l’utilisation d’un autocuiseur pour accélérer la cuisson des aliments, car la température y est très élevée.

Inversement, la diminution de la température provoque un ralentissement de la réaction chimique, ce qui allonge alors la durée de la réaction.

La technique du refroidissement est notamment mise à profit dans les réfrigérateurs (environ 4°C) et les congélateurs (environ -18°C) pour la conservation des aliments. En effet, non seulement ils permettent de ralentir voire bloquer l’activité bactérienne mais ils permettent également de ralentir les réactions chimiques de dégradation des produits alimentaires au contact de l’air (que ce soit le goût, l’aspect…).

Pourquoi faut-il maintenir la glace à cette température ? Maintien de la glace à basse température pour une meilleure conservation de ses propriétés et éviter le développement des bactéries.

Enfin, une autre application possible de la diminution de la température du milieu réactionnel consiste à refroidir brutalement un mélange en réaction, avec de la glace par exemple. L’objectif est alors de bloquer l’évolution de la réaction à un stade choisi et ensuite pouvoir analyser le mélange réactionnel.

Cette technique est appelée la trempe.

Influence du solvant

Le solvant choisi pour dissoudre des réactifs n’est pas censé participer à la réaction chimique.

Cependant, il est susceptible de dissoudre des quantités variables de solutés dont la concentration est un facteur cinétique important. En effet, plus la dissolution est importante, plus la concentration du soluté dans la solution est élevée. Et, comme expliqué un peu plus haut dans le point sur l’influence de la concentration, plus la concentration du soluté (= réactif) est élevée, plus la vitesse de réaction est élevée.

Un bon solvant est un solvant qui dissoudra au mieux les solutés. Indirectement, le solvant a donc une influence sur la vitesse d’une réaction chimique.

Par ailleurs, un solvant peut aussi avoir une influence directe sur la vitesse de la réaction. En effet, il peut interagir avec les réactifs, principalement par le biais de sa polarisation, des interactions de Van der Waals et des liaisons hydrogène.

Ainsi, le solvant peut favoriser le contact entre les différents réactifs en présence dans le milieu réactionnel, ce qui va accélérer la réaction chimique. A l’inverse, le solvant peut aussi empêcher le contact entre les différents réactifs en présence dans le milieu réactionnel, ce qui va alors ralentir la réaction chimique.

Autres facteurs cinétiques

Au delà de la température, de la concentration des réactifs ou du choix du solvant, il existe beaucoup d’autres facteurs susceptibles d’avoir de l’influence sur la vitesse d’une réaction chimique.

Que permet l'agitation magnétique ? Un autre exemple de facteur cinétique : la mise sous agitation d’un milieu réactionnel à l’aide d’un agitateur magnétique et d’un barreau aimanté.

Parmi tous ces autres facteurs cinétiques existants, peuvent être cités :

  • L’ajout au milieu réactionnel d’une espèce chimique appelée « catalyseur ». Le catalyseur est tout simplement une espèce chimique capable d’accélérer la vitesse d’une réaction chimique. Il est ajouté en très petite quantité au milieu réactionnel, et a la particularité de participer aux différentes étapes d’une réaction chimique, puis d’être régénéré à la fin de la réaction chimique.
    Remarque : le catalyseur n’influence la vitesse de réaction chimique que dans un sens. En effet, il ne peut pas être utilisé pour ralentir des réactions chimiques.
  • La mise en agitation du milieu réactionnel. Elle est en général réalisée à l’aide d’un barreau aimanté et un agitateur magnétique. L’agitation permet d’augmenter la probabilité de mise en contact des différents réactifs présents dans le milieu réactionnel et donc d’accélérer la réaction chimique.
  • L’augmentation de la pression lorsque la réaction chimique se déroule en phase gazeuse. Elle agit tout simplement de la même manière que la température : en phase gazeuse, plus la pression augmente, plus la vitesse de la réaction chimique augmente.

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Dembele Broulaye
Invité

Superbe ce que vous faites j’adore votre site

Ikram
Invité

Mais qu’est ce qui influe le plus sur la vitesse, la temperature ou la concentration?

Clément
Editor

Bonjour,
Tout dépend des conditions de l’expérience. Dans certains cas ce sera la température qui augmentera la vitesse de réaction et dans d’autres, ce sera la concentration.