Introduction [Réactions composées]

Introduction

Dans le chapitre Approche formelle , vous avez vu le cas des réactions simples qui obéissent à des lois de vitesse d'ordre 1 ou 2.

Si vous n'avez pas encore avez étudié le chapitre 2, il est nécessaire de le faire avant d'aborder l'étude des réactions composées.

Une réaction dite simple est une réaction unique qui obéit à une loi de vitesse d'ordre entier.

Une réaction dite composée est la résultante de plusieurs réactions simples se produisant simultanément dans le milieu réactionnel.

Dans ce qui suit nous nous limiterons à l'étudee des réactions composées de deux réactions simples toutes deux du premier ordre.

Mais il est évident que dans une étude plus complète, il faudrait aussi considérer les cas où interviennent plus de deux réactions dont les ordres peuvent être différents de un.

On distingue trois classes de réactions composées :

les réactions séries
les réactions opposées
les réactions parallèles

Les réactions séries (dites aussi réactions consécutives) sont constituées de deux réactions dont la seconde a pour réactif le produit de la première. On peut les schématiser par :

\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B}\) et \(\mathbf{\textrm B\to\textrm C}\)

que l'on écrit souvent

\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B\to\textrm C}\)

Les réactions opposées (dites aussi réactions incomplètes) sont constituées de deux réactions dont les réactifs de l'une sont les produits de l'autre. On peut les schématiser par :

\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B}\) et \(\mathbf{\textrm B\to\textrm A}\)

que l'on écrit souvent

\(\mathbf{\textrm A^\to_\gets\textrm B}\)

Les réactions paralèlles (dites aussi réactions compétitives) sont constituées de deux réactions ayant les mêmes réactifs mais formant des produits différents. On peut les schématiser par :

\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B}\) et \(\mathbf{\textrm A\to\textrm C}\)

que l'on écrit souvent

Souvent on note les produits \(\textrm P_1\) et \(\textrm P_2\) l'indice se référant au numéro de la réaction :

Cliquez ici^[1] pour avoir une remarque sur la stoëchiométrie des réactions composées.

Notes

Remarque sur la stoëchiométrie
Au cours d'une réaction simple, les réactifs et les produits sont toujours dans les proportions stoechiométrique définie par l'équation bilan. Par exemple pour une réaction simple dont la stoechiométrie serait :
\(\mathbf{\textrm A=\textrm B+\textrm C}\)
A tout instant, les quantités de \(\textrm B\) et de \(\textrm C\) formées sont égales à la quantité de \(\textrm A\) disparue. Il n'en est pas toujours de même dans les réactions composées.
Par exemple pour une réaction série
\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B\to\textrm C}\)
Si on attend suffisamment longtemps, tout le \(\textrm A\) initialement présent se sera transformé en \(\textrm B\) lequel sera également entièrement transformé en \(\textrm C\).
L'équation bilan de la réaction est donc \(\textrm A = \textrm C\).
\(\textrm B\) est un intermédiaire réactionnel qui ne figure pas dans les produits finaux de la réaction et ne figure donc pas dans l'équation bilan.
Lorsque la réaction est complète, la quantité de \(\textrm C\) formée est égale à la quantité de \(\textrm A\) disparue. Ceci est bien conforme avec l'équation bilan. Mais ceci n'est pas vrai à tout instant.
Considérons par exemple un instant \(t\).
Appelons \(a\) la quantité initiale de \(\textrm A\) et posons égales à 0 les quantités initiales de \(\textrm B\) et \(\textrm C\).
Soient \(x\) la quantité de \(\textrm A\) et \(y\) celle de \(\textrm B\) disparues à l'instant \(t\) .
Les quantités de \(\textrm A\), \(\textrm B\) et \(\textrm C\) à cet instant sont donc respectivement :
\(\textrm A = a - x \qquad \textrm B = x - y \qquad \textrm C = y\)
On voit donc bien que la quantité de \(\textrm C\) formée (\(y\)) n'est pas égale à la quantité de \(\textrm A\) disparue (\(x\)).
Cela n'est vrai qu'au temps \(t = 0\) où \(x = y = 0\) et au temps \(t =\infty\) où \(x = y = a\)
La notion même d'équation bilan perd de sa signification dans le cas des réactions parallèles.
En effet, pour une réaction
\(\mathbf{\textrm A\to\textrm B}\) et \(\mathbf{\textrm A\to\textrm C}\)
Lorsque la réaction est complètement terminée, il ne reste plus de \(\textrm A\), mais les quantités de \(\textrm B\) et de \(\textrm C\) formées dépendent des vitesses respectives des deux réactions. Tout ce que l'on peut dire à priori c'est que la somme des quantités de \(\textrm B\) et \(\textrm C\) formés est égale à la quantité de \(\textrm A\) disparue. Les proportions de \(\textrm B\) et \(\textrm C\) formées ne sont pas dans un rapport simple, il n'est donc pas possible d'écrire une équation bilan.