Cinétique chimique

[Evocation]

Bonjour.
Je suis un étudiant en MPSI, et après avoir reçu un premier cours sur la cinétique chimique, j'ai quelques questions à vous poser sur le sujet.

1. Nous avons définit en classe ce qu'est l'ordre d'une réaction. Cependant quel est l'intérêt concret de savoir qu'une réaction admet un ordre ?

Ensuite, concernant la loi d'Arrhénius:
2. Nous avons définit la constante de vitesse k. Est-ce que, à température constante, la valeur de k me permet de savoir si la réaction se déroule à grande/moyenne/petite vitesse ? (Genre si je trouve que k=1, je sais que la réaction se déroule vite)

3. Concernant l'énergie d'activation, est-ce que c'est la quantité d'énergie minimale que les particules doivent avoir pour que la réaction se déroule (un peu comme la fréquence seuil concernant l'effet photoélectrique en physique quantique) ? Auquel cas je ne comprend pas pourquoi celle-ci dépend de ma température.
D'un autre côté, ça pourrait être l'énergie qu'il RESTE à apporter à la réaction pour qu'elle démarre (du coup je me place à une échelle plus grande) ..? Dans ce cas je comprend la dépendance avec la température.
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[Resartus]

2) L'ordre ne donne pas la vitesse en soi, mais la manière dont la vitesse varie avec la concentration des produits. Il peut y avoir des réactions rapide d'ordre bas, et des réactions lentes d'ordre élevé.

1) Connaitre cela permet par exemple de modifier les conditions pour accélérer certaines réactions. Si l'ordre est 2 par rapport à un des réactifs et 1 par rapport à l'autre, on sait que l'augmentation de la concentration du premier réactif sera bien plus efficace. Et si l'ordre est zero (oui, aussi bizarre ce que cela puisse paraitre, cela arrive, au moins dans une certaine gamme de concentrations) il sera même inutile d'augmenter la concentration du produit en question

3) A une température donnée, l'agitation thermique fait qu'il y a toujours un certain pourcentage de molécules qui vont avoir une certaine énergie cinétique non nulle. La probabilité que cette énergie cinétique dépasse une certaine valeur E varie en fonction de la température comme exp(-E/kT). C'est le facteur de Boltzmann
Lors d'un choc de ces molécules avec l'autre réactif, si cette énergie est inférieure à l'énergie d'activation, il ne se passera rien, mais si elle est supérieure, y aura une certaine probabilité que la réaction se produise. Donc la quantité de produits formés par la réaction sera également proportionnelle à ce facteur de Boltzmann.

[Evocation]

Merci je pense que vous avez été suffisamment clair.

[Evocation]

Finalement, il me manque encore un élément de compréhension concernant l'énergie d'activation (qu'il me semble que vous nommez E).
Si j'ai bien compris, c'est l'énergie minimale que doivent avoir les molécules ou atomes pour qu'en se choquant, il soit probable qu'une réaction se produise. En augmentant la température, l'énergie cinétique de mes particules va certes augmenter, mais il ne me semble pas logique que cette énergie d'activation varie.
S'il faut qu'une mol de réactifs possède au moins E=5J.mol-1 pour qu'il y ait une réaction, ça ne devrait pas changer lorsque la température augmente. La seule différence est que l'énergie portée par les réactifs est plus grande.

Cependant, dans mon cours, l'énergie d'activation dépend de la température. Je ne comprends pas ce point.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Non, l'énergie d'activation ne varie pas avec la température. Mais toutes les molécules n'ont pas la même énergie cinétique. La répartition statistique des vitesses de ces molécules suit une courbe en exp(-E/kT), où E est l'énergie cinétique.
Quand on augmente la température, on voit que cette exponentielle s'étale, et donc que la proportion de molécules dont l'énergie cinétique E dépasse l'énergie d'activation Ec augmente. de sorte que le nombre de chocs fournissant assez d'énergie pour déclencher la réaction augmente.

[Evocation]

Il me semble que vous faite erreur.

D'après ce que j'ai compris, à une température donnée, les molécules possèdent une certaine énergie (et donc une certaine vitesse). Au moment où des réactifs se choquent, l'énergie résultante de la collision doit franchir une certaine barrière afin que la réaction se produise. L'énergie d'activation correspond à l'énergie supplémentaire que la molécule doit acquérir lors du choc, pour franchir cette barrière énergétique.
Ainsi, en augmentant la température, j'augmente l'énergie et la vitesse des molécules avant le choc, et je diminue ainsi l'énergie qu'elles doivent acquérir pour franchir cette barrière (qui elle ne bouge pas), soit je diminue l'énergie d'activation.

Source : http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/ger...s7/cours7.html

[Resartus]

La référence dit exactement ce que je vous ai écrit. Je ne vois pas où vous lisez que Ea varie...
sauf en cas de catalyse, mais cela n'était pas la question

[Evocation]

Et bien, c'est ce que j'ai cru comprendre en regardant leur schéma, et en lisant ceci :
#/newreply.php?do=postreply&t=71 4815&forcenoajax=1

De plus, dans mon cours il est aussi écrit que Ea varie lors de changements conséquents de température.

Finalement qu'en est-il ?

[Resartus]

A votre niveau, on vous demande de comprendre et d'utiliser la loi d'arrhenius qui a certes des exceptions (comme toutes les lois en chimie), mais dont vous n'aurez pas à vous occuper. Et dans le cadre de cette loi, l'énergie d'activation est constante. Point barre.

Ce qu'on vous a peut-être dit, c'est que cette loi en exponentielle est multipliée par un facteur de vitesse (on dit aussi facteur préexponentiel) qui peut dans de larges gammes de températures varier selon une loi en T^a. Mais ce n'est pas l'énergie d'activation qui varie, et le facteur prépondérant reste la variation en exponentielle selon la formule indiquée.

En vous lisant, ce que vous semblez avoir du mal à visualiser, c'est que à une température donnée, toutes les molécules n'ont pas la même énergie cinétique. il n'y a que celles qui auront une énergie suffisante cinétique qui pourront réagir, et ce n'est qu'un petit pourcentage du total. Ce pourcentage varie avec la température, et ce pourcentage est donné par l'exponentielle dans la loi d'arrhenius. La réaction est comme un radar qui ne détecterait que les véhicules trop rapides (et heureusement pour nous, tous les véhicules ne dépassent pas la vitesse limite)

[Resartus]

PS : par contre, il se peut qu'on vous donne à faire des exercices consistant justement à tester si la loi d'arrhenius s'applique.
Il faudra alors vérifier si on a bien une droite quand on trace le logarithme de la vitesse en fonction de l'inverse de T. Si oui, la pente donnera l'énergie d'activation. Sinon, c'est que cela fera partie des exceptions...

[Evocation]

Très bien.
Merci de m'avoir accordé du temps pour m'expliquer cela. Ça m'a permis de ne pas aller dans une impasse.
Bonne soirée.