La vitesse d'apparition et de disparition

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Fiches
Classe(s) : 1re STL | Thème(s) : La cinétique chimique

A La notion de réaction rapide ou lente

Une réaction est dite rapide lorsqu’elle se fait pendant un laps de temps trop court pour que l’on puisse suivre l’évolution à l’œil nu soit environ 0,1 seconde.

ExempleS 

Les réactions acide/base, les réactions de précipitation ou les réactions explosives.

Une réaction est dite lente lorsqu’on peut suivre son évolution à l’œil nu ou avec des méthodes physiques (spectrophotomètre, conductimètre, capteur de pression…).

Il existe des réactions infiniment lentes, nécessitant plusieurs heures ; dans le cas où cette durée, atteint plusieurs jours, sans évolution notable, on considère que le système est cinétiquement inerte.

B La vitesse de formation d’un produit

On considère une réaction chimique lente dont l’équation est : 2 I + S2O82– → I2 + 2 SO42–

La vitesse de formation d’un produit, ici le diiode I2 ou l’ion sulfate SO42–, s’exprime par vI2=d[I2] dt ou vSO42=d[SO42] dt.

La vitesse s’exprime en mol.L–1.s–1. C’est donc la dérivée de l’évolution de la concentration du diiode ou de l’ion sulfate par rapport au temps.

Il faut donc disposer d’une courbe d’évolution de la concentration d’un produit au cours du temps, obtenue par un suivi cinétique. Ici, le suivi de la concentration du diiode est facile car les solutions de diiode sont colorées. La vitesse de formation du diiode à un temps t, est alors obtenue en déterminant la pente de la tangente à la courbe [I2](t) au temps t.

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Pour obtenir la vitesse initiale, on trace la tangente (rouge) à t = 0 et on détermine sa pente vI2=4,0 10 = 0,40 mmol.L–1.min–1. Pour obtenir la vitesse au bout de 40 minutes, on trace la tangente (bleue) à t = 40 et on détermine sa pente vI2=6,0 80 = 0,075 mmol.L–1.min–1.

La vitesse de formation d’un produit diminue au cours du temps car il y a de moins en moins de réactifs et donc les réactions ont moins de chance de se produire.

C La vitesse de disparition d’un réactif

On considère la même réaction chimique lente d’équation : 2 I + S2O82– → I2 + 2 SO42–

La vitesse de disparition d’un réactif, ici l’ion iodure I ou l’ion peroxodisulfate S2O82–, s’exprime par vI=d[I] dt ou vSO82=d[SO82] dt. Il y a un signe négatif devant la dérivée pour que la vitesse soit positive : en effet, comme les réactifs disparaissent, leurs concentrations diminuent et donc leurs dérivées par rapport au temps sont négatives. La vitesse de disparition d’un réactif s’exprime en mol.L–1.s–1. C’est donc la dérivée de l’évolution de la concentration en ion iodure ou en ion peroxodisulfate par rapport au temps.

Il faut travailler à partir d’une courbe d’évolution de concentration au cours du temps et déterminer la pente de la tangente à la courbe au temps souhaité, puis prendre la valeur opposée puisque les pentes seront ici négatives.

La vitesse de vitesse de disparition d’un réactif diminue en général au cours du temps.

D Le temps de demi-réaction

Les réactions ne sont donc pas toutes rapides, ni totale. Ainsi, on ne laisse pas toujours la réaction se terminer ou bien elle ne va pas jusqu’à épuiser le réactif limitant dans le cas d’un équilibre.

Le temps de demi réaction, noté t1/2, est le temps nécessaire pour atteindre la moitié de la concentration finale en produit ou pour détruire la moitié de la concentration de réactif qui va disparaître.

On détermine t1/2 sur la courbe précédente [I2](t). La concentration maximale vaut [I2](t) = 10 mmol.L–1, on cherche alors le temps nécessaire pour atteindre la moitié, soit [I2](t) = 5 mmol.L–1. On détermine alors graphiquement t1/2 = 17 min.

Remarque 

La connaissance du temps de demi-réaction permet de connaître la durée approximative de la réaction. On estime que la durée d’une réaction est environ égale à 5 t1/2.

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