suivi temporel dune réaction chimique la spectrophotométrie le temps de demi-réaction la vitesse...
TRANSCRIPT
Suivi temporel d’une réaction chimique
La spectrophotométrie
Le temps de demi-réaction
La vitesse de réaction
Evolution d’un système chimique
Interprétation microscopique
La SpectrophotométriePrincipe
Absorption de la lumière par les espèces chimiques
Un spectrophotomètre mesure l’absorbance A :
Proportionnelle à la concentration en espèce absorbante
A = k . [X]
k dépend de : - l’épaisseur à traverser
- la longueur d’onde absorbée
La SpectrophotométrieIntérêt
Beaucoup de réactions concernées
Petites quantités de substance nécessaires
Méthode non destructive
Grande plage de durées
(de la microseconde à la semaine)
Vitesse d’une réactionDéfinition
L’avancement croît de moins en moins vite :
Par définition :
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
dtdx . V
1 v
Augmentation de l’avancement
Augmentation de la duréeVolume réactionnel
Détermination de la vitesseGraphique : à t donné, v est la pente de la tangente, divisée par le volume réactionnel
Vitesse d’une réaction
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Détermination de la vitesse
Calcul : à t donné, v est la valeur de la dérivée, divisée par le volume réactionnel
Vitesse d’une réaction
=> Utilisation de la calculatrice ou d’un tableur
Remarque : la pente (donc la vitesse) diminue généralement avec le temps
Temps de demi-réactionUne réaction n’est jamais totalement finie (asymptote)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
t1/2 est la durée nécessaire pour atteindre la moitié de l’avancement maximal
Définition :
NB : Ce n’est pas la moitié de la durée pour atteindre xmax
Temps de demi-réaction
t1/2 est le temps caractéristique d’une réaction donnée
Utilisation de t1/2
Pour une réaction donnée, t1/2 dépend :
- de la température
- des concentrations
t1/2 détermine les méthodes de suivi :
- réactions lentes => titrages possibles
- réactions rapides => mesures informatisées
(spectrophotométrie, conductimétrie, pHmétrie)
Evolution d’un système chimique
On suit les transformations lentes en suivant l’avancement x de la réaction
x est déterminé par :
- une quantité de matière produite
- une quantité de matière consomméeOu bien
Evolution d’un système chimiqueExemple : Équation
2I-(aq) + S2O82-(aq) 2SO4
2-(aq) + I2(aq)
Initial 5,0 10-3 1,0.10-4 0 0
En cours5,0 10-3 - 2.x 1,0.10-4 - x 2.x x
Final5,0 10-3 - 2.xmax
1,0.10-4 - xmax
2.xmax xmax
x = f(t) connu par n(I2) = f(t)
- par titrage de I2 formé ou de I- restant
Evolution d’un système chimiqueExemple :
(titrage par réaction d’oxydoréduction rapide)
n(I2) = f(t) connu :
- par spectrophotométrie qui permet de connaître :
- A = f(t)
- [I2] = f(t) puisque [I2] = k . A
- n(I2) = f(t) puisque n(I2) = [I2] . V
Evolution d’un système chimiqueGénéralement :
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
L’avancement croît de plus en plus lentement vers xmax
(Diminution de la concentration des réactifs)
NB : Exception si la température augmente ou bien ...
Interprétation microscopique
Agitation moléculaire
Un gaz est constitué de molécules :
- éloignées les unes des autres
- en mouvement désordonné
- à une vitesse croissant avec la température
Interprétation microscopique
Agitation moléculaire
Dans un solvant, les entités de soluté (ions, molécules):
- sont éloignées les unes des autres
- sont en mouvement désordonné
- ont une vitesse croissant avec la température
Interprétation microscopique
Chocs efficaces
Un choc entre A et B est efficace s’il entraîne une réaction chimique, du genre : A + B C + D
Plus le nombre de chocs efficaces par seconde est grand, plus la vitesse de réaction est grande
Interprétation microscopique
Facteurs cinétiques
Si la température augmente, les chocs seront plus nombreux et plus efficaces plus grande vitesse de réaction
Si la concentration augmente, les chocs seront plus nombreux plus grande vitesse de réaction
(t1/2 changé seulement pour un réactif plus concentré)