En cinétique chimique, la vitesse de réaction décrit la rapidité avec laquelle les réactifs sont convertis en produits. La loi tarifaire exprime mathématiquement cette relation, en incorporant une constante de vitesse et des exposants qui représentent l'ordre de réaction par rapport à chaque réactif. La détermination expérimentale de ces exposants est essentielle pour comprendre les mécanismes réactionnels et optimiser les processus industriels.

TL;DR

Mesurez le taux initial de formation du produit tout en faisant varier les concentrations ou pressions initiales de chaque réactif. Tracez les données pour identifier comment le taux évolue avec chaque composant, révélant l'ordre de réaction et permettant le calcul de la constante de taux.

Comprendre l'ordre de réaction

L'ordre d'une réaction fait référence à la puissance à laquelle la concentration de chaque réactif est augmentée dans la loi de vitesse. Ce n'est pas la même chose que le coefficient stœchiométrique dans l'équation équilibrée ; il reflète plutôt la sensibilité du taux aux changements de concentration.

• Ordre zéro :Le taux est indépendant de la ou des concentrations du ou des réactifs. Exemple :r =k.
• Premier ordre :Le taux est directement proportionnel à la concentration d'un réactif. Exemple :r =k[A].
• Deuxième ordre :Le taux dépend du carré d'une concentration de réactif ou du produit de deux concentrations de réactif. Exemple :r =k[A][B] ou r =k[A]².

Réactions d'ordre zéro

Dans une véritable réaction d’ordre zéro, la vitesse de réaction reste constante dans le temps, à condition que les réactifs soient présents. Graphiquement, la concentration d'un réactif diminue linéairement avec le temps, tandis que la concentration du produit augmente linéairement. La pente de ces lignes est égale à la constante de vitesse k, mais k n'est pas fonction de la concentration du réactif.

En pratique, de nombreuses réactions apparaissent d’ordre zéro dans des conditions spécifiques, telles que les réactions catalysées par des enzymes à des niveaux de substrat saturants ou les processus médiés par la surface dans lesquels la surface active devient un facteur limitant. Ceux-ci sont souvent appelés pseudo ordre zéro. parce que l'hypothèse n'est valable que jusqu'à ce qu'un réactif soit épuisé.

Détermination de l'ordre de réaction et de la constante de débit

Une analyse cinétique précise repose sur la méthode du taux initial . Suivez ces étapes :

1. Établissez une série de réactions identiques, chacune avec une concentration (ou pression) initiale différente d'un réactif tout en gardant les autres constantes.
2. Mesurez le taux de formation du produit au tout début de chaque réaction, avant qu'une consommation significative de réactifs ne se produise.
3. Représentez les taux initiaux (r) par rapport aux concentrations initiales ([A], [B], etc.).
   • Si le tracé est une ligne droite passant par l'origine, la pente donne la constante de vitesse et l'ordre (pente =1 pour le premier ordre).
   • Un tracé logarithmique (logr vs. log[A]) donne l'ordre sous forme de pente de la ligne.
   • Les tracés courbes indiquent des mécanismes plus complexes ou une dépendance d'ordre supérieur.
4. Confirmez la loi de vitesse dérivée en comparant les concentrations prévues au fil du temps avec des données expérimentales, à l'aide de méthodes d'intégration ou numériques.

Les pièges typiques incluent :

• Utiliser des concentrations moyennes au lieu de valeurs initiales, ce qui peut masquer le véritable comportement cinétique.
• Négliger les changements de température, de pression ou de surface du catalyseur qui modifient la constante de vitesse effective.
• En supposant un mécanisme en une seule étape lorsque la réaction passe par des intermédiaires.

Pour les apprenants visuels, un didacticiel YouTube concis du Dr Kim du MIT présente la méthode du taux initial avec des ensembles de données réels :https://www.youtube.com/watch?v=example .

Crédit image :SARINYAPINNGAM/iStock/GettyImages