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Identifier les facteurs cinétiques dans une réaction

Les facteurs cinétiques sont des facteurs qui modifient la vitesse d'une réaction chimique. On détermine si un facteur est un facteur cinétique en comparant la vitesse d'une même réaction lorsque le facteur étudié est modifié.

On s'intéresse à la réaction suivante :

\(\displaystyle{2\ce{H2O2}\ce{->}\ce{2H2 0}+\ce{O2}}\)

On réalise l'expérience dans les conditions normales de température et de pression ( \(\displaystyle{\theta=20}\) °C, réaction a) avec une quantité initiale \(\displaystyle{n\left(\ce{H2O2}\right)=n_0}\).

Ensuite, on réalise la même expérience en chauffant le mélange réactionnel ( \(\displaystyle{\theta=50}\) °C, réaction b).

Le graphique suivant présente l'évolution au cours du temps de la quantité de matière en \(\displaystyle{\ce{H2O2}}\) pour (a) et (b).

-

Quel facteur cinétique cette étude met-elle en évidence ?

Etape 1

Définir des conditions expérimentales pour les réactions

On définit les conditions expérimentales pour la réalisation de la réaction. Les différents facteurs à fixer sont généralement :

  • La température
  • La pression
  • Le pH
  • Les quantités de matière des réactifs
  • La quantité de matière de solvant
  • La présence d'espèces inertes

On identifie le facteur qui est modifié entre les deux expériences.

La réalisation de la réaction s'effectue à partir des mêmes quantités de matière en \(\displaystyle{\ce{H2O2}}\) mais avec des températures différentes :

  • Réaction a : \(\displaystyle{\theta=20}\) °C
  • Réaction b : \(\displaystyle{\theta=50}\) °C
Etape 2

Mesurer le temps que dure la réaction dans les conditions normales

On mesure le temps nécessaire à la réalisation de la réaction.

On mesure sur le graphique le temps que dure la première réaction (a) pour atteindre l'état final :

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\(\displaystyle{t_a=140}\) s

Etape 3

Mesurer le temps que dure la réaction dans les nouvelles conditions

On mesure le temps nécessaire à la réalisation de la réaction dans les nouvelles conditions expérimentales.

On mesure sur le graphique le temps que dure la seconde réaction (b) pour atteindre l'état final :

-

\(\displaystyle{t_b=50}\) s

Etape 4

Conclure en comparant le temps de réaction lorsque le facteur étudié a changé

On conclut en comparant la durée des deux réactions. Si la durée a significativement changé, le facteur modifié est un facteur cinétique.

Lors de la seconde réaction, on obtient l'état final plus rapidement (\(\displaystyle{t_b\lt t_a}\)) avec une température plus élevée. Le facteur modifié, ici la température, est donc un facteur cinétique.