La cinétique

Dans quel contexte peut-on utiliser la cinétique ?

Il existe deux types de réactions chimiques, celles dites instantanées pour lesquelles on ne peut pas mesurer et observer l’évolution du système entre l’état initial et l’état final, et les réactions chimiques dites lentes où, au contraire, on peut mesurer et observer, l’évolution du système, entre l’état initial et l’état final. Ici, ce sont les transformations lentes qui nous intéressent.

En quoi consiste la cinétique ?

Quand on fait de la cinétique on va étudier l’évolution de la réaction chimique en fonction du temps. Pour cela on va mesurer un paramètre qui varie durant la réaction chimique, qui peut être le pH si la réaction chimique met en jeu des acides et des bases. Si la réaction chimique utilise des espèces chargées alors on aura à faire à une conductance. Enfin, si la réaction met en jeu des espèces colorées, le paramètre sera l'absorbance. Quand on mesurera ce paramètre en fonction du temps on pourra tracer la courbe qui représente l’avancement de la réaction chimique x, qui est exprimée en mol, en fonction du temps, exprimé en secondes. On obtiendra une courbe de cette allure :

Nous pouvons constater que l’avancement commence à l’état initial, c'est-à-dire à 0, et va prendre pour valeur, à l’état final, xf (qui représente l’absorbance finale). On le détermine en traçant l’asymptote (droite dont une courbe s'approche de l'infini sans jamais l'atteindre) qui est  horizontale à l'axe des abscisses au point xf comme sur le graphique ci-dessus.

Explication du graphique :

Ces réactions lentes sont caractérisées par le temps de demi réaction (t 1/2), qui est la durée qu’il faut pour atteindre la valeur xf/2. Pour déterminer graphiquement la valeur de la demi réaction il faut mesurer la valeur de xf, puis, calculer la valeur de xf/2 que l’on reporte ensuite sur la courbe. Enfin son abscisse devra être mesurée et sera représentée par t 1/2 (la valeur du temps de demi réaction), ce qui est important pour caractériser les réactions chimique lentes. On estime que la réaction est finie lorsqu'on atteint environ 6 à 7 fois la valeur du t 1/2.

Les facteurs cinétiques :

Les réactions chimiques lentes peuvent être accélérées par des facteurs cinétiques, voici trois exemples de facteurs cinétiques :

• L’augmentation de la température : quand on augmente la température, on augmente l’agitation des particules dans le système chimique ainsi que la probabilité de rencontre des réactifs, ce qui conduit à une accélération de la réaction chimique.
• L’augmentation de la concentration des réactifs : si on augmente la concentration des réactifs, on va favoriser la rencontre entre les réactifs et donc accélérer la réaction chimique.
• L’augmentation de la surface de contact des réactifs : si on étudie la transformation chimique entre le fer et l’acide chlorhydrique, et que l’on prend du fer en poudre comme réactif, la transformation chimique va aller beaucoup plus vite que si l'on place une lame de fer. On augmente la surface de contact des réactifs ce qui augmente la probabilité de rencontre entre les réactifs.

Catalyses :

Nous allons pouvoir utiliser des catalyseurs, pour faire une catalyse. Un catalyseur est une espèce qui va accélérer la réaction chimique sans intervenir dans le bilan final de celle-ci, il est consommé puis se régénère en gardant la même proportion.

On distingue trois types de catalyses :

• Les catalyses dites homogènes : le catalyseur est dans la même phase que les réactifs (par exemple les réactifs sont dans une solution aqueuse et l’on place un catalyseur qui est, lui aussi, dans une solution du même type).
• Les catalyses hétérogènes : le catalyseur n’est pas dans la même phase que les réactifs on a donc un catalyseur solide qui se trouve dans une réaction chimique où les réactifs sont en solution aqueuse.
• Les catalyses enzymatiques : nous allons utiliser des macromolécules d’origine biologique qu’on appelle des enzymes (protéines accélérant les réactions biochimiques).

La cinétique est donc un système très utilisé et pratique pour étudier de plus près l’évolution d’une réaction chimique en fonction du temps. Elle peut être utilisée dans différents domaines cités ci-dessus et dans divers cas de figure (facteurs cinétiques/catalyse variants). Elle a permis de faire de grandes avancées dans l’histoire de la physique notamment dans le domaine des réactions chimiques.