Cinétique chimique

Nous savons que la vitesse de réaction dépend de la concentration des réactifs et de la température. Mais pourquoi le changement de concentration et de température affecte-t-il la vitesse de réaction ? Pour répondre à cette question, comprenons la théorie des collisions. La théorie des collisions stipule que, pour qu'une réaction se produise, les particules réagissantes doivent entrer en collision les unes avec les autres. Les particules doivent entrer en collision dans la bonne orientation. Cette collision entraîne la formation de produits.

Dans le contexte de la théorie des collisions, les particules représentent les atomes, les molécules ou les ions qui participent à une réaction chimique. Ces particules sont constamment en mouvement en raison de leur énergie cinétique. Lorsqu’ils se déplacent, ils peuvent entrer en collision avec d’autres particules présentes dans le mélange réactionnel. La théorie des collisions souligne que les collisions entre ces particules sont nécessaires pour qu'une réaction se produise.

Cependant, toutes les collisions n’entraînent pas une réaction. La collision doit satisfaire deux conditions critiques. Ces conditions sont une énergie suffisante et une bonne orientation. Les particules en collision doivent posséder suffisamment d’énergie cinétique pour surmonter la barrière d’énergie d’activation. L'énergie d'activation fait référence à la quantité minimale d'énergie requise pour qu'une réaction ait lieu. Il s’agit en quelque sorte d’un obstacle que les particules doivent surmonter pour initier la réaction.

Lorsque les particules en collision ont une énergie inférieure à la valeur indiquée par le seuil d’énergie d’activation, les particules ne sont pas capables de perturber les liaisons existantes dans les molécules réactives. Au lieu de cela, les particules rebondissent simplement les unes sur les autres en raison des forces répulsives entre elles. Ce type de collision est considéré comme inefficace pour déclencher une réaction. Cela est dû au fait que l’énergie nécessaire n’est pas atteinte pour rompre les liaisons réactives et initier la formation de nouvelles liaisons.

Lorsque des particules entrent en collision avec une énergie supérieure ou égale à l’énergie d’activation, les liaisons réactives peuvent être rompues. Cela conduit à la formation de nouvelles liaisons et à la génération de produits. Une telle collision est appelée collision efficace.

Pour qu'une réaction chimique se produise, les particules réagissantes doivent non seulement entrer en collision avec une énergie suffisante mais également dans la bonne orientation spatiale. Cette orientation correcte est nécessaire pour que les réarrangements atomiques ou moléculaires nécessaires puissent avoir lieu. Lors d’une collision entre des particules réactives, l’énergie est transférée d’une particule à une autre. Ce transfert d’énergie peut entraîner la rupture et la formation de liaisons pour créer les produits souhaités. Cependant, pour que ces processus se déroulent avec succès, les particules réagissantes doivent avoir un alignement approprié.

Si les particules entrent en collision dans une orientation incorrecte, les réarrangements atomiques ou moléculaires nécessaires ne peuvent pas se produire efficacement. L’énergie transférée lors de la collision pourrait ne pas être utilisée efficacement pour briser les liaisons réactives et former de nouvelles liaisons. En conséquence, la réaction est entravée. La formation de produits devient moins probable.

La fréquence de collision fait référence au nombre de collisions qui se produisent par unité de temps dans une réaction chimique. La fréquence des collisions est directement proportionnelle à la vitesse de réaction. Une fréquence de collision plus élevée signifie une vitesse de réaction plus rapide. Si la fréquence des collisions est faible, la vitesse de réaction sera lente.

La fréquence de collision dépend de la concentration des particules réactives. Une concentration plus élevée de particules réactives signifie qu'il y a plus de particules par unité de volume disponibles pour les collisions. En conséquence, les risques de collision augmentent. Cela conduit à une fréquence de collision plus élevée.

Les vitesses moyennes des particules en réaction affectent également la fréquence des collisions. À mesure que la vitesse moyenne des particules augmente, leurs chances d’entrer en collision avec d’autres particules augmentent également. Cela entraîne une fréquence de collision plus élevée. De plus, la vitesse d’une particule est directement liée à son énergie cinétique. L'énergie cinétique est une mesure de l'énergie du mouvement d'une particule. Ainsi, une particule avec une vitesse élevée aurait une énergie cinétique élevée. Cela signifie que la particule peut surmonter l’énergie d’activation pour réussir une collision.

La loi de vitesse est une équation mathématique qui décrit la relation entre la vitesse d'une réaction chimique et les concentrations de ses réactifs. Il représente la manière dont les concentrations de réactifs affectent la vitesse à laquelle les produits sont formés ou les réactifs sont consommés. Considérez la réaction dans laquelle nous avons le réactif A et le réactif B. Ces réactifs réagissent pour former le produit réactif C. La forme générale de l’équation de la loi de taux est illustrée.

Dans l'équation donnée, le taux représente la vitesse de réaction, qui est le changement de concentration d'un réactif ou d'un produit par unité de temps. La lettre A entre crochets représente la concentration du réactif A. La lettre B entre crochets représente la concentration du réactif B. Le symbole K est appelé constante de vitesse. Il s'agit d'une constante de proportionnalité qui dépend de facteurs tels que la température, les catalyseurs et le mécanisme de réaction. Elle est indépendante des concentrations des réactifs.

Les exposants x et y dans l'équation de la loi de vitesse représentent les ordres de réaction par rapport au réactif A et au réactif B, respectivement. L'ordre de réaction indique la sensibilité de la vitesse de réaction aux changements de concentration d'un réactif particulier. Il peut être 0, positif, négatif et éventuellement fractionnaire. Si l'ordre de réaction d'un réactif est 0, alors le réactif est appelé réactif d'ordre zéro. Cela signifie que la concentration de ce réactif n’affecte pas la vitesse de réaction. Le taux est indépendant de la concentration de ce réactif particulier. L'équation de la loi de vitesse pour un réactif d'ordre zéro est illustrée.

Si l'ordre de réaction d'un réactif est un, alors le réactif est appelé réactif du premier ordre. Cela indique que la vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration de ce réactif. Doubler la concentration d’un réactif du premier ordre entraînera un doublement de la vitesse de réaction. L'équation de la loi de vitesse pour un réactif du premier ordre est illustrée.

Si l'ordre de réaction d'un réactif est deux, alors le réactif est appelé réactif du second ordre. Cela indique que la vitesse de réaction est proportionnelle au carré de la concentration de ce réactif. Doubler la concentration d’un réactif du second ordre entraînera une multiplication par quatre de la vitesse de réaction. L'équation de la loi de vitesse pour un réactif du second ordre est illustrée.