Chimie
Précédent
Suivant
Vitesse de réaction
Définition

On définit la vitesse de réaction comme étant la dérivée de l'avancement par rapport au temps :

Suivant cette définition, la vitesse s'exprime en mol.s-1. C'est une grandeur extensive ; elle dépend de la taille du système.

Remarque

Comme cela a déjà été souligné la relation entre les quantités transformées et l'avancement d'une réaction est facile à établir dans le cas d'une réaction isolée. La définition des vitesses ne pose alors aucun problème. Si une substance participe à plusieurs réactions simultanément, la situation est plus délicate. Pour définir la vitesse d'une réaction il faut alors choisir une substance qui ne participe qu'à cette réaction.

Exemple : Comment exprimer la vitesse d'une réaction dans un cas simple et de fixer le vocabulaire "vitesse de transformation", "vitesse de disparition" et "vitesse de production".

Soit la réaction :

A un instant donné, la vitesse de la réaction a pour valeur 0,040 mol.s-1 .

Exprimez les vitesses des différents constituants.

Prenez un instant pour réfléchir à cette question, puis cliquez ici pour vérifier vos résultats.

Détermination graphique de la vitesse de transformation et de la vitesse de réaction.

La grandeur est appelée vitesse de transformation du constituant .

C'est une grandeur algébrique positive dans le cas des produits, négative dans le cas des réactifs. Plus spécifiquement, on parlera de vitesse de formation pour un produit. Pour un réactif, sa vitesse de transformation est négative et on appelle son opposée vitesse de disparition.

Exemple : Notion de vitesse volumique dans le cas d'une réaction à stoechiométrie différente de 1

Considérons par exemple la réaction :

conduite dans un réacteur de volume fixe .

On peut exprimer la vitesse de la réaction par la relation de définition

en se référant à l'un quelconque des réactifs ou des produits. Le résultat s'exprime en mol.s-1.

Le système réactionnel ayant un volume fixe , on peut en déduire la vitesse volumique . Le résultat s'exprime alors en mol.L-1.s-1.

Pour les réactions en solution, on emploie généralement la vitesse volumique de préférence à la vitesse .

Pour fixer les idées, appliquons ces relations avec des données numériques particulières.

Application numérique :

Le ballon dans lequel est conduite la réaction a un volume de 400 mL.

La vitesse de la réaction a un instant vaut : .

Calculons la vitesse volumique de la réaction

Les vitesses volumiques de transformation de chaque substance se calculent par la relation :

Soit pour :

Ces vitesses sont des grandeurs intensives dont la valeur ne dépend pas de la taille du système, alors que les vitesses de transformation exprimées en mol.s-1 sont des grandeurs extensives.

Dans le cas de réactions effectuées dans un système fermé à volume constant, et en particulier de réactions en phase liquide, on définit une vitesse volumique de réaction par la relation : , la concentration du constituant étant égale à il vient :

Suivant cette définition la vitesse s'exprime en mol.L-1.s-1.

Remarque

On peut tout aussi bien écrire ou , la concentration du constituant ...

Dans tout ce cours, nous garderons la notation pour les concentrations des constituants ...

La vitesse volumique est une grandeur intensive, elle est indépendante de la taille du système. Lorsqu'il n'y a pas d'ambiguïté possible, on peut omettre le qualificatif " volumique " et il est admis de parler de vitesse de réaction en employant la définition ci-dessus.

Exemple : Comment exprimer les vitesses de réactions dans le cas où plusieurs réactions ont lieu simultanément

Considérons les deux réactions qui se produisent simultanément :

Avant d'exprimer les vitesses des réactions, examinons comment on peut exprimer les quantités de chaque constituant à un instant quelconque.

Soient , et , les quantités initiales , et de .

Les quantités initiales de et sont posée nulles.

Soient et les avancements des réactions (1) et (2) à un instant .

Exprimez les quantités de chaque substance en fonction des quantités initiales , , , et des avancements et puis exprimez les vitesses de réaction.

Prenez le temps d'écrire ces relations avant de cliquer ici pour voir les résultats.

On peut déterminer la vitesse de la réaction à plusieurs instants et construire ainsi la courbe .

Soit une réaction ayant lieu en solution à volume constant :

La vitesse mesurée pour l'instant est appelée vitesse initiale. Dans la plupart des cas, elle correspond à une situation où seuls les réactifs sont présents.

Remarque

La vitesse étant déterminée par dérivation de la courbe ou est généralement moins précise que les mesures de ou de qui ont servi à la déterminer. La vitesse initiale étant elle même obtenue par extrapolation à l'origine de la courbe est encore moins précise. Notons toutefois qu'en prenant certaines précautions, il est possible de déterminer les valeurs des vitesses avec une bonne précision.

Légende :
Apprendre
S'évaluer
S'exercer
Observer
Simuler
Réalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)