Une réaction se produit lorsque des particules entrent en collision. Dans cette collision, les particules transfèrent suffisamment d'énergie pour rompre les anciennes liaisons et en créer de nouvelles. Mais comment définir la vitesse à laquelle une réaction se produit ?
Le taux de réaction
Jetez un œil à une réaction simple comme celle ci-dessous :
Dans cette réaction, un certain réactif A est transformé en un produit B. La vitesse de réaction peut être représentée par une diminution de la concentration de A au fil du temps ou par l'augmentation de B au fil du temps. Ceci est écrit :
Comme A diminue avec le temps, il y a un signe négatif devant ce taux. Les tarifs exprimés ici sont moyenne taux parce qu'ils sont en moyenne sur une certaine période de temps.
Comment déterminez-vous le taux de réaction?
La vitesse de réaction, ou la vitesse à laquelle la réaction se produit, est écrite comme le changement de concentration d'un réactif ou d'un produit par changement dans le temps, comme indiqué ci-dessus.
Afin de calculer cela expérimentalement, vous devez surveiller la concentration du réactif ou du produit en fonction du temps. Une fois que vous avez des mesures à différents moments, vous pouvez ensuite tracer ces valeurs et trouver la vitesse instantanée de la réaction ou la pente de la ligne.
Imaginez que vous regardez la réaction entre A et B, qui forme C et D. De toute évidence, la formation du produit dépend à la fois de A et de B. Mais, en ajoutant un excès de un, disons B, vous pouvez vous assurer que le concentration de B reste essentiellement constant. De cette manière, le changement de la quantité de B n'affectera pas la vitesse de réaction mesurée.
Ensuite, vous pouvez tracer le taux à différentes concentrations d'A. Cela vous permettra de voir si le taux est proportionnel à la concentration des réactifs.
Dis ça quand tu complotes taux vs. concentration de A il donne une droite. Cela signifie que le taux est directement proportionnel à la concentration d'A. En conséquence, plus la concentration de A est élevée, plus le taux est élevé.
Cela peut être représenté ainsi :
La variable k est appelée constante de vitesse. C'est une constante de proportionnalité entre la vitesse de la réaction et les concentrations de réactifs. La variable k est ne pas affecté par la concentration des réactifs. C'est un rapport entre la vitesse et la concentration en réactif. Cette valeur k n'est affectée que par la température.
Puisque la concentration est mesurée en molarité, le changement de concentration est mesuré en M tandis que le temps est mesuré en secondes. Cela signifie que les unités pour k sont généralement 1/s ou s-1.
Stœchiométrie et taux de réaction
Pour la stoechiométrie, des réactions simples comme le rapport mol à mol entre les composants sont égaux. Par exemple, lorsque A se tourne vers B, une mole de A est perdue pour chaque mole de B fabriquée.
Toutes les réactions ne sont pas aussi simples.
Considérez la réaction suivante :
Chaque fois que B est fabriqué, 3 moles de A sont utilisées. Cela peut s'exprimer ainsi :
En général, pour la réaction :
Le taux est donné comme suit :
Qu'est-ce que la loi sur les taux?
le loi sur les taux exprime la relation entre la vitesse d'une réaction et la constante de vitesse et les concentrations de réactifs élevées à une certaine puissance.
Pour une réaction générale :
La loi de taux s'écrit :
A et B sont les réactions. k est la constante de vitesse. x et y sont des nombres qui doit être déterminé expérimentalement. Une fois que x et y sont connus, l'entrée de n'importe quelle concentration de réactif peut être utilisée pour trouver la vitesse de la réaction.
x et y sont importants car ils donnent une relation entre les concentrations des réactifs A et B et la vitesse de réaction. Ils donnent également le ordre de réaction lorsqu'ils sont additionnés. L'ordre de réaction est la somme de la puissance à laquelle les concentrations de réactifs dans la loi de vitesse sont élevées.
Quel est l'ordre d'une réaction ?
Comme indiqué ci-dessus, la loi de vitesse est une relation mathématique qui vous montre comment la modification de la concentration en réactif affecte la vitesse de la réaction. Alors, comment pouvez-vous trouver la loi sur les taux?
Jetez un oeil à la réaction suivante de l'hydrogène et de l'acide nitrique:
Pour trouver l'ordre, il faut connaître les exposants de la loi de vitesse qui s'écrirait :
Cela nécessite l'utilisation de données qui indiquent la concentration de réactif et le taux initial.
Considérez les données suivantes :
| Expérience | [H2] | [NON] | Taux initial (M/s) |
|---|---|---|---|
1 |
3.0x10-3 |
1.0x10-3 |
2.0x10-4 |
2 |
3.0x10-3 |
2.0x10-3 |
8.0x10-4 |
3 |
6.0x10-3 |
2.0x10-3 |
16,0x10-4 |
Pour trouver l'ordre par rapport à chaque réactif, commencez par trouver les expériences dans lesquelles l'autre réactif est maintenu constant. Par exemple, pour étudier l'ordre par rapport au NO, il sera utile de regarder les expériences 1 et 2 car la concentration de NO double mais la concentration de H2 est maintenu constant.
Les expériences 1 et 2 montrent qu'en doublant la concentration de NO, le taux quadruple. Écrivez la loi de vitesse pour ces deux expériences comme ci-dessous :
et
Le rapport entre les deux membres de droite de l'équation est de 4, donc après avoir divisé la première équation par la seconde, vous obtenez :
Donc y = 2.
Ensuite, vous pouvez trouver l'ordre par rapport à H2. Les expériences 2 et 3 indiquent que le doublement de H2 la concentration double le taux. Cela signifie que la réaction est du premier ordre dans H2.
La loi de taux est donc :
L'addition des exposants 1 et 2 donne 3, ce qui signifie que la réaction est du troisième ordre.
Quelques points importants sur la loi des taux :
- Les lois brutes ne peuvent pas être trouvées à partir de l'équation chimique. Elles doivent toujours être trouvé expérimentalement. À partir des concentrations de réactifs et de la vitesse de réaction initiale, vous pouvez trouver l'ordre de réaction comme indiqué ci-dessus et également trouver la constante de vitesse.
- Pour une loi de vitesse d'ordre zéro, la vitesse est égale à la constante de vitesse.
- L'ordre de réaction est toujours défini par la concentration en réactif.
- L'ordre d'un réactif ne concerne pas le coefficient stoechiométrique dans l'équation chimique équilibrée.
Que signifie l'ordre d'une réaction ?
L'ordre d'une réaction vous indique comment le taux change avec la concentration de réactif.
Les réactions du premier ordre sont des réactions dont la vitesse dépend de la concentration en réactif élevée à la puissance première. Cela signifie que lorsque la concentration d'un réactif est doublée, le taux l'est également.
De nombreuses réactions de décomposition sont du premier ordre. Un exemple est la décomposition de N2O5:
Les réactions du second ordre sont des réactions dont la vitesse dépend de la concentration d'un réactif au second pouvoir ou des concentrations de deux réactifs chacun au premier pouvoir.
Un exemple de réaction de second ordre est la combinaison d'iode pour former de l'iode moléculaire en phase gazeuse :