Cinétique chimique : Mécanismes | Chimie générale 2

Énergie d'activation E_a (en J.mol^-1) :

La quantité minimale d'énergie qui doit être fournie aux réactifs pour initier une réaction chimique. Cette énergie correspond à l'énergie minimale que les molécules en collision doivent avoir pour que la collision soit efficace.

L'équation d'Arrhenius est une équation qui donne la dépendance de la constante de vitesse k d'une réaction par rapport à la température :
 

De nombreuses réactions impliquent plus d'une étape et peuvent être divisées en réactions élémentaires

Réaction élémentaire :

Une réaction qui se produit en une seule collision des molécules de réactant (étape unique). L'ordre de réaction d'une réaction élémentaire est égal aux coefficients stœchiométriques des réactants ⇒ la loi de vitesse d'une réaction élémentaire peut être directement écrite en utilisant le coefficient stœchiométrique de chaque réactant comme exposant dans la loi de vitesse

La formation de NO₂ peut être divisée en 2 étapes élémentaires (1) et (2) :
Étape (1) : 2 NO → N₂O₂
Étape (2) : N₂O₂ + O₂ → 2 NO₂
Réaction globale (1) + (2) : 2 NO + O₂ → 2 NO₂

La loi de vitesse des réactions élémentaires peut être directement écrite en utilisant les coefficients stœchiométriques :
Loi de vitesse de (1) = k₁ [NO]²
Loi de vitesse de (2) = k₂ [N₂O₂] [O₂]

Réaction réversible :

Une réaction dans laquelle les produits peuvent réagir pour former les réactants. Ce type de réaction se déroule dans les deux sens, avant et arrière. À l'équilibre, la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse

2 NO $⟺$ N₂O₄ est une réaction réversible
À l'équilibre : k₁ [NO]² = k_-1 [N₂O₄]

Intermédiaire vs. catalyseur :

Intermédiaire : une espèce qui est produite dans une étape et consommée dans une étape ultérieure
Catalyseur : une espèce qui est d'abord consommée puis régénérée
Ni les intermédiaires ni les catalyseurs n'apparaissent dans l'équation bilan globale

Étape (1) : 2 NO → N₂O₂
Étape (2) : N₂O₂ + O₂ → 2 NO₂
Réaction globale (1) + (2) : 2 NO + O₂ → 2 NO₂

N₂O₂ est un intermédiaire : il est produit dans l'étape (1) et consommé dans l'étape ultérieure (2)

Étape déterminante de la vitesse :

L'étape d'une réaction qui est beaucoup plus lente que toutes les autres étapes. Elle contrôle la vitesse de réaction globale.
 

Étape (1) : 2 NO₂ → NO + NO₃   (lente)
Étape (2) : NO₃ + CO → NO₂ + CO₂   (rapide)
Globale : NO₂ + CO → NO + CO₂

NO₂ + CO → NO + CO₂ est une réaction en deux étapes et (1) est l'étape déterminante de la vitesse.
Vitesse de la réaction globale = vitesse de (1) = k [NO₂]²

Catalyseur :

Une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée pendant la réaction. Un catalyseur accélère la réaction en diminuant la barrière d'énergie d'activation de la réaction :

Catalyse :

Un processus par lequel un catalyseur augmente la vitesse de réaction. La catalyse peut être :

• Homogène : le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase
• Hétérogène : le catalyseur et les réactifs sont dans des phases différentes. Il s'agit de loin du type de catalyse le plus important en chimie industrielle

Enzymes :

Catalyseurs biologiques. Ils augmentent la vitesse des réactions biochimiques et sont également hautement spécifiques