TRANSFORMATIONS LENTES OU RAPIDES

I/La concentration des réactifs :

a)Expérience : le soleil couchant .

S₁ : solution de thiosulfate de sodium Na₂S₂O₃ à 0,25 mol.L^-1

S₂ : solution d'acide chlorhydrique 1 mol.L^-1 .

On prépare trois béchers qu'on dispose sur un rétroprojecteur , les contenus des béchers étant :

B₁ : 20 mL de S₁ + 40 mL d'eau

B₂ : 30 mL de S₁ + 30 mL d'eau

B₃ : 40 mL de S₁ + 20 mL d'eau

A un instant t=0 on ajoute simultanément dans chaque bécher 5 mL de solution S₂ .

Constatation : Le "soleil" se couche plus rapidement avec le bécher B₃ que le bécher B₁ .

La réaction conduit à la formation de soufre : S₂O₃^2- + 2H₃O⁺ ------> S + 3H₂O + SO₂

Conclusion : La vitesse de formation du soufre est plus importante dans le bécher 3 que dans le bécher 2 , la vitesse de formation du soufre dans ce dernier étant elle même plus importante que dans le bécher 1 .

b)Loi des concentrations :

La vitesse de formation ou la itesse de disparition d'un corps augmentent avec la concentration des réactifs .

Dans l'expérience réalisée : [S₂O₃^2- ]_B3 > [S₂O₃^2- ]_B2 > [S₂O₃^2- ]_B1 : Le soufre se forme plus rapidement dans le bécher (3) que dans le bécher (2) .....

II/La température :

a)Expérience :

 

On place :

* le tube 1 dans la glace fondante (0°C)

* le tube 2 dans l'eau chaude

* le tube 3 à température ambiante .

Constatation :C'est dans le tube 2 que la réaction est la plus rapide .

b)Loi de la température :

En général , les vitesses de formation d'un produit ou de disparition d'un réactif augmentent avec la température .

c)Application : blocage cinétique

III/Facteurs cinétiques :

Les paramètres dont dépend la rapidité d'une réaction chimique sont appelés "Facteurs cinétiques" :Les concentrations des réactifs et la température sont des facteurs cinétiques .

Microscopiquement la vitesse d'une réaction chimique dépend notamment des quantités de collisions et de l'efficacité de ces collisions entre les réactifs .

* Plus la concentration des réactifs est élevée , plus la quantité de chocs par unité de temps est importante (réaction plus rapide)

* Plus la température est élevée , plus la vitesse des molécules est élevée et donc les chocs plus violents (réaction plus rapide)

Remarque : Le solvant peut également avoir une influence sur la vitesse d'une réaction : c'est donc également un facteur cinétique .

IV/Catalyse :

a)Définition :

Un catalyseur est une espèce chimique qui diminue la durée de réaction dans le milieu réactionnel où il est introduit . Il n'apparaît pas dans l'équation de la réaction .

b)Expérience :

Le mélange des deux solutions d'ions peroxodisulfates et d'ions iodures initialement incolore devient progressivement jaune-brun .

L'évolution est manifestement plus rapide dans le bécher 2 que dans le bécher 1 .

interprétation :

* Réaction entre S₂O₈^2- et I^-

Ecrivons tout d'abord les demi-équations électroniques des couples en présence :

S₂O₈^2-  +  2e  =  2 S₂O₄^2-

2I^-                         =  I₂ + 2e

-----------------------------------------

S₂O₈^2- + 2I^-  -------> I₂ + 2SO₄^2-     (1)

Cette équation est celle de la transformation chimique entre les ions S₂O₈^2- et les ions I^- . La coloration jaune est due à la formation de I₂ .

Cette réaction est lente .

* Influence des ions Fe³⁺ : ils augmentent la vitesse de la réaction (1) . Ces ions appartiennent au couple (Fe³⁺/Fe²⁺ ) et dans ce couple Fe³⁺ est un oxydant : Fe³⁺ + e = Fe²⁺ .

- On peut concevoir que l'oxydant Fe³⁺ réagit avec le réducteur I^- :

     2I^- + 2Fe³⁺     ------->   I₂ + 2Fe⁺    (2)

- les ions Fe²⁺ formés (réducteur) réagissent à leur tour avec l'oxydant S₂O₈^2- :

     S₂O₈^2- +  2Fe²⁺  --------> 2SO₄^2- + 2Fe³⁺ (2)

Il est clair que la somme des réactions (2) et (3) donne la réaction (1)

Les ions Fe³⁺ catalysent la réaction (1) en remplaçant la réaction (1) par deux réactions plus rapides (2) et (3) . Le catalyseur participe à la réaction , mais il n'apparaît pas dans la réaction globale car il est régénéré .

c)Types de catalyse :

On distingue trois types de catalyse :

1)la catalyse hétérogène :

le catalyseur et les réactifs ne sont pas dans la même phase .

Exemple : synthèse de l'eau en présence de platine : le platine (solide) catalyse la réaction entre H₂ et O₂ qui sont en phase gazeuse .

2)la catalyse homogène :

Le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase

Exemple : l'expérience de I

3)La catalyse enzymatique :

le catalyseur est une enzyme (protéine)

d)Spécificité et sélectivité d'un catalyseur :

1-Spécificité :

Un catalyseur catalyse certaines réactions et pas d'autres : un catalyseur est spécifique d'un réactif .

Exemple : le nickel est le catalyseur d'hydrogénation des alcènes en alcanes . Il ne permet pas par contre de catalyser l'estérification d'un acide carboxylique .

2-Sélectivité :

Un catalyseur peut orienter l'évolution d'un système chimique vers un état final différent de ce qu'il atteindrait avec un autre catalyseur .

Considérons une espèce A qui est susceptible de donner avec un autre réactif , des produits B₁ et B₂ dans deux réactions différentes :

                                                   

* un catalyseur C₁ favorisera la formation de B₁

* un autre catalyseur C₂ favorisera la formation de B₂

3-Remarque :

Un catalyseur ne peut pas rendre possible une réaction impossible !

V/Exercices:

page 272 et suiv : 3,5,6,7 et 28

Exercice résolu page 274