Cinétique chimique

Dans une réaction d’ordre zéro, la vitesse de la réaction est indépendante de la concentration des réactifs. Cela signifie que, même si vous modifiez la concentration du réactif, la vitesse à laquelle la réaction se produit reste constante. Un exemple de réaction d’ordre zéro est la décomposition du peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène gazeux. Cette réaction est catalysée par une enzyme appelée catalase. La catalase est présente dans de nombreux organismes vivants.

L'équation de taux est simple et ne dépend pas de la concentration de peroxyde d'hydrogène. Le taux est égal à k pour une réaction d'ordre zéro. k est une constante de vitesse. k ne dépend que des conditions de réaction telles que la température et la pression. La vitesse de la réaction est déterminée uniquement par la concentration de l’enzyme catalase. Cela signifie que quelle que soit la concentration initiale de peroxyde d'hydrogène, la réaction se déroulera à la même vitesse tant qu'il y aura suffisamment de catalase présente.

Lorsque nous traçons un graphique entre la vitesse d'une réaction d'ordre zéro et la concentration, nous obtenons une ligne droite parallèle à l'axe des x. Cette ligne montre que même si la concentration augmente, la vitesse de réaction reste constante. Cela montre que la vitesse d’une réaction d’ordre zéro est indépendante de la concentration du réactif.

Dans une réaction du premier ordre, la vitesse de réaction est directement proportionnelle à la concentration du réactif. À mesure que la concentration du réactif diminue, la vitesse de la réaction diminue également proportionnellement. De la même manière, si nous augmentons la concentration du réactif, la vitesse de réaction augmente également. L'équation de vitesse pour une réaction du premier ordre par rapport à un réactif A est illustrée ici.

Lorsque nous traçons un graphique entre la vitesse de réaction du premier ordre et la concentration, nous obtenons une ligne droite qui part de l'origine. Comme nous pouvons le voir, à mesure que nous augmentons la concentration, la vitesse de réaction augmente également. Cela montre que la vitesse d’une réaction du premier ordre est directement proportionnelle à la concentration du réactif.

Dérivons les unités de la constante de vitesse d’une réaction du premier ordre. Nous commencerons par l’équation de vitesse pour une réaction du premier ordre. L'unité de taux est molL⁻¹s⁻¹. La concentration du réactif A a des unités de molL⁻¹. Remplacez maintenant les unités de taux et de concentration dans l’équation de taux.

Après avoir remplacé les valeurs, nous isolerons « k » en divisant les deux côtés de l'équation par les unités de concentration. C'est parce que nous voulons prendre k d'un côté de l'équation et les unités de l'autre côté de l'équation. Enfin, simplifiez les unités en annulant molL⁻¹. Maintenant, les unités de la constante de vitesse pour une réaction du premier ordre sont les secondes réciproques.

Dans une réaction du second ordre de deux réactifs différents, la vitesse de la réaction est directement proportionnelle au produit des concentrations. Dans une réaction du second ordre d'un seul réactif, la vitesse de la réaction est directement proportionnelle au carré de la concentration. Les équations de taux pour une réaction du second ordre impliquant un réactif simple et des réactifs doubles sont présentées ici. Si les concentrations des deux réactifs « A » et « B » sont doublées dans une réaction du second ordre à deux réactifs, la vitesse de la réaction augmentera d'un facteur quatre. Alternativement, dans une réaction du second ordre à un seul réactif, si la concentration de « A » est doublée, la vitesse augmentera d'un facteur quatre.

Traçons un graphique pour une réaction du second ordre impliquant un seul réactif. La concentration est prise sur l'axe des x. Le taux est tracé sur l’axe des y. Nous pouvons voir que le graphique de la réaction du second ordre montre une ligne courbe. Cette ligne courbe montre que la vitesse de réaction est proportionnelle au carré de la concentration du réactif. Par exemple, si nous augmentons la concentration des réactifs de deux fois, la vitesse de réaction augmentera de quatre fois.

Nous allons maintenant dériver les unités de la constante de vitesse pour une réaction du second ordre. Nous remplacerons les unités de taux et de concentration dans l'équation de taux du second ordre. Après cela, isolez « k » en divisant les deux côtés de l’équation par le carré des unités de concentration. Nous allons maintenant simplifier l’équation en annulant les unités communes comme molL⁻¹. Maintenant, les unités de la constante de vitesse pour une réaction du second ordre sont L mol⁻¹s⁻¹.

L'ordre global de réaction est déterminé en additionnant les ordres de réaction individuels par rapport à chaque réactif. Prenons un exemple de réaction dans laquelle le réactif A est un réactif d’ordre zéro. Cela signifie que l'ordre du réactif A est zéro. Le réactif B est un réactif du premier ordre. L'ordre du réactif B est un. Ainsi, l’addition des deux valeurs nous donne une valeur de 1. Cela montre qu’il s’agit d’une réaction du premier ordre. Si la somme des ordres des réactifs est de 2, alors il s'agit d'une réaction du second ordre.

La vitesse instantanée d'une réaction chimique fait référence à la vitesse de changement des réactifs ou des produits à un moment précis au cours de la réaction. La vitesse instantanée peut être mesurée à tout moment au cours de la progression d'une réaction. Le taux instantané nous permet de comprendre le comportement de la réaction à différents moments.

La vitesse initiale d'une réaction chimique fait référence à la vitesse à laquelle les produits sont formés ou les réactifs sont consommés au début de la réaction. La vitesse initiale d'une réaction chimique est mesurée en déterminant le changement de concentration des réactifs ou des produits sur un intervalle de temps très court. Cette mesure est généralement prise au début de la réaction lorsque le temps est presque 0.

La vitesse moyenne d’une réaction chimique fait référence à la vitesse globale de la réaction sur une période de temps spécifiée. Pour calculer le taux moyen, nous mesurons la concentration des réactions à deux moments différents. Après cela, nous mesurons le changement de concentration et l’intervalle de temps. Ensuite, nous divisons le changement de concentration par l’intervalle de temps. Le taux moyen donne une vue plus large de la façon dont la réaction progresse au fil du temps.

La demi-vie d’une réaction chimique est le temps nécessaire pour que la moitié des réactifs soient convertis en produits. Par exemple, si la demi-vie d’une réaction est de dix secondes, cela signifie qu’il faudra dix secondes pour que la concentration d’un réactif soit réduite de moitié par rapport à sa valeur initiale. La demi-vie d'une réaction est représentée par t(1/2).