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Prévoir la vitesse d'une réaction chimique



  1. #1
    LaboSW

    Thumbs up Prévoir la vitesse d'une réaction chimique

    Bonjour,
    je suis en terminale S et nous traitons de la cinétique en chimie. Nous avons parlé de l'influence des facteurs cinétiques (température, concentration, surface de contact entre les réactifs), mais sans jamais rentrer dans les détails. C'est assez frustrant pour quelqu'un comme moi qui aime pouvoir prévoir le maximum de choses et qui a entendu plusieurs fois la phase "tu verras ça plus tard" dans la bouche de ses professeurs de physique, sans compter que la chimie ne sera pas pour moi une priorité dans mes études supérieures .
    Après quelques expériences chez moi, j'ai déduit que la quantité de matière d'un produit formée au cours du temps par une réaction peut se calculer par la formule :
    avec n(f) la quantité de matière obtenue à la fin de la réaction.
    Je suppose que tau dépend des facteurs cinétiques et je voudrais le calculer (pas le déterminer graphiquement) afin de prévoir à l'avance la vitesse de la réaction (ou au moins un ordre de grandeur).
    Voici mon raisonnement (n'hésitez à me dire s'il est faux) :
    - au bout de tau secondes, 63 % de la quantité de produit finale s'est formée
    - si on considère que la réaction met en jeu deux réactifs qui produisent deux produits (oxydoréduction simple), alors chaque molécule de produit 1 formée correspond à un choc efficace entre deux molécules de réactifs.
    => Donc tau*(nombre de chocs efficaces/s)=0.63*Nombre total de chocs efficaces
    et si c est le nombre de chocs par seconde et C le nombre de chocs total, alors
    tau=0.63C/c
    Je dois donc trouver un moyen de calculer la fréquence des chocs efficaces. En cherchant un peu, je suis tombé sur un article de Wikipédia sur la théorie des collisions :
    Théorie des collisions

    Je trouve la formule permettant de calculer Z, qui s'exprimerait en mol/m^3*s ? Dans ce cas, si C est en mol, tau serait exprimé en m3s ?
    Je sèche...

    Pour résumer, y a t-il un moyen (même s'il n'est pas de mon niveau) de calculer la fréquence des chocs efficaces entre deux espèces chimiques ? Si oui, lequel ?
    Question subsidiaire : qu'en est-il des réactions en phase hétérogène (liquide-solide) ?

    Merci beaucoup pour vos réponses !

    -----


  2. #2
    moco

    Re : Prévoir la vitesse d'une réaction chimique

    Il n'existe hélas pas de moyen simple de calculer la fraction des collisions efficaces. Mais on peut dire que cette fraction est le produit de deux facteurs :
    - la fraction des collisions qui amène les réactifs dans la bonne orientation pour que la collision soit suivie d'une réaction. Dans le cas de la collision entre H2 et I2 par exemple, il faut que la collision amène les deux molécules en choc latéral, donc de manière à ce que les centres des 4 atomes H et I déterminent un espèce de rectangle (et non une collision linéaire, donc selon une géométrie H-H-I-I)
    - la fraction des collisions dont les protagonistes aient une énergie suffisante pour atteindre ce qu'on appelle l'état de transition. L'état de transition est celui où, pendant de la collision, tant les atomes H que ceux de I soient déjà assez séparés pour que la nature envisage qu'il y autant de chances que les 4 atomes évoluent vers la formation de 2 HI que vers le retour à la case départ.
    Je ne crois pas qu'on puisse faire des calculs sur la collision d'un tel système. En effet, il existe un théorème en physique qui dit qu'il est impossible de calculer la trajectoire de trois particules en interaction les unes avec les autres, trois étoiles ou planètes, par exemple. Ici, il y aurait 4 particules. La solution générale n'existe pas. On doit pourtant pouvoir faire des approximations, mais cela ne doit pas être facile.

  3. #3
    LaboSW

    Re : Prévoir la vitesse d'une réaction chimique

    Merci pour votre réponse, moco. Je me disais bien que ce ne serait pas facile, mais à ce point...
    Et sinon, à quoi sert la fréquence de collision ?

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