Facteurs qui affectent la vitesse de réaction | Introduction à la chimie

Objectif d’apprentissage

Expliquer comment la concentration, surface, la pression, la température et l’ajout de catalyseurs affectent la vitesse de réaction

Points clés

Lorsque les concentrations des réactifs sont augmentées, la réaction se déroule plus rapidement. Cela est dû à l’augmentation du nombre de molécules qui ont l’énergie minimale requise. Pour les gaz, l’augmentation de la pression a le même effet que l’augmentation de la concentration.
Lorsque les solides et les liquides réagissent, l’augmentation de la surface du solide augmente la vitesse de réaction. Une diminution de la taille des particules entraîne une augmentation de la surface totale du solide.
Une augmentation de la température de réaction de 10 °C peut doubler ou tripler la vitesse de réaction. Cela est dû à une augmentation du nombre de particules qui ont l’énergie minimale requise. La vitesse de réaction diminue avec une diminution de la température.
Les catalyseurs peuvent diminuer l’énergie d’activation et augmenter la vitesse de réaction sans être consommés dans la réaction.
Les différences dans les structures inhérentes des réactifs peuvent entraîner des différences dans les vitesses de réaction. Les molécules jointes par des liaisons plus fortes auront des taux de réaction plus faibles que les molécules jointes par des liaisons plus faibles, en raison de la quantité accrue d’énergie nécessaire pour rompre les liaisons plus fortes.

Termes

catalyseurSubstance qui augmente le taux d’une réaction chimique sans être consommée dans le processus.
énergie d’activationLa quantité minimale d’énergie que les molécules doivent avoir pour qu’une réaction se produise lors d’une collision.

Concentrations des réactifs

En augmentant les concentrations des réactifs, la réaction se produit plus rapidement. Pour qu’une réaction chimique se produise, il doit y avoir un certain nombre de molécules dont l’énergie est égale ou supérieure à l’énergie d’activation. Avec une augmentation de la concentration, le nombre de molécules ayant l’énergie minimale requise augmente, et donc la vitesse de la réaction. Par exemple, si une particule sur un million possède une énergie d’activation suffisante, alors sur 100 millions de particules, seules 100 réagiront. Cependant, si vous avez 200 millions de ces particules dans le même volume, alors 200 d’entre elles réagiront. En doublant la concentration, le taux de réaction a également doublé.

Interactif : Concentration et vitesse de réactionDans ce modèle, deux atomes peuvent former une liaison pour constituer une molécule. Expérimentez en changeant la concentration des atomes afin de voir comment cela affecte la vitesse de réaction (la vitesse à laquelle la réaction se produit).

Surface Area

Dans une réaction entre un solide et un liquide, la surface du solide aura finalement un impact sur la vitesse de la réaction. En effet, le liquide et le solide ne peuvent se heurter l’un à l’autre qu’à l’interface liquide-solide, qui se trouve à la surface du solide. Les molécules solides piégées dans le corps du solide ne peuvent pas réagir. Par conséquent, l’augmentation de la surface du solide expose davantage de molécules solides au liquide, ce qui permet une réaction plus rapide.

Par exemple, considérons une brique de 6 x 6 x 2 pouces. L’aire des surfaces exposées de la brique est de 4(6\times 2)+2(6\times 6)=120\;cm^2. Cependant, lorsque la brique est démontée en neuf cubes plus petits, chaque cube a une surface de 6(2 \times 2) = 24\ cm^2, de sorte que la surface totale des neuf cubes est de 9 \times 24 = 216\ cm^2.

Cela montre que la surface totale exposée augmente lorsqu’un corps plus grand est divisé en plus petits morceaux. Par conséquent, puisqu’une réaction a lieu à la surface d’une substance, l’augmentation de la surface devrait augmenter la quantité de la substance disponible pour réagir, et augmentera donc également la vitesse de la réaction.

Surfaces des petites molécules par rapport aux grosses moléculesCette image montre comment le démantèlement d’une brique en petits cubes entraîne une augmentation de la surface totale.

Pression

En augmentant la pression pour une réaction impliquant des gaz, on augmente la vitesse de réaction. Lorsque vous augmentez la pression d’un gaz, vous diminuez son volume (PV=nRT ; P et V sont inversement liés), tandis que le nombre de particules (n) reste inchangé. Par conséquent, l’augmentation de la pression accroît la concentration du gaz (n/V), et fait en sorte que les molécules de gaz entrent en collision plus fréquemment. Gardez à l’esprit que cette logique ne fonctionne que pour les gaz, qui sont hautement compressibles ; changer la pression pour une réaction qui n’implique que des solides ou des liquides n’a aucun effet sur la vitesse de réaction.

Température

Il a été observé expérimentalement qu’une augmentation de 10 °C de la température double ou triple généralement la vitesse d’une réaction entre molécules. L’énergie minimale nécessaire pour qu’une réaction se produise, appelée énergie d’activation, reste la même avec l’augmentation de la température. Cependant, l’augmentation moyenne de l’énergie cinétique des particules causée par la chaleur absorbée signifie qu’une plus grande proportion des molécules réactives ont maintenant l’énergie minimale nécessaire pour entrer en collision et réagir. Une augmentation de la température entraîne une élévation des niveaux d’énergie des molécules impliquées dans la réaction, de sorte que la vitesse de la réaction augmente. De même, le taux de réaction diminuera avec une diminution de la température.

Interactif : Température et vitesse de réactionExplorez le rôle de la température sur la vitesse de réaction. Remarque : dans ce modèle, toute chaleur générée par la réaction elle-même est supprimée, ce qui maintient la température constante afin d’isoler l’effet de la température de l’environnement sur la vitesse de réaction.

Présence ou absence d’un catalyseur

Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse de réaction en diminuant l’énergie d’activation nécessaire à la réaction. Un catalyseur n’est pas détruit ou modifié au cours d’une réaction, il peut donc être réutilisé. Par exemple, dans des conditions ordinaires, H2 et O2 ne se combinent pas. Cependant, ils se combinent en présence d’une petite quantité de platine, qui agit comme un catalyseur, et la réaction se produit alors rapidement.

Nature des réactifs

Les substances diffèrent de façon marquée dans les vitesses auxquelles elles subissent un changement chimique. Les différences de réactivité entre les réactions peuvent être attribuées aux différentes structures des matériaux impliqués ; par exemple, le fait que les substances soient en solution ou à l’état solide importe. Un autre facteur est lié à la force relative des liaisons au sein des molécules des réactifs. Par exemple, une réaction entre des molécules dont les atomes sont liés par des liaisons covalentes fortes se déroulera plus lentement qu’une réaction entre des molécules dont les atomes sont liés par des liaisons covalentes faibles. Cela est dû au fait qu’il faut plus d’énergie pour briser les liaisons des molécules fortement liées.

Afficher les sources