Chimie Notes

10.4 La température du milieu réactionnel

• En général, une augmentation de la température du milieu réactionnel augmente la vitesse de réaction.
• L'énergie cinétique des particules d'un échantillon de gaz à deux températures:
  • Plus grand nombre de particules à T2 ayant assez d'énergie pour réagir, où T2 > T_1.

10.5 Les catalyseurs

• Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse de réaction sans changer le résultat de la transformation et sans être consommées par la réaction.
• L'utilisation d'un catalyseur diminue l'énergie d'activation, ce qui permet à un plus grand nombre de particules d'avoir l'énergie cinétique suffisante pour réagir.
• Un inhibiteur est une substance qui diminue la vitesse de réaction. Il agit en augmentant l'énergie d'activation de la réaction chimique.
• Un catalyseur homogène est une substance qui se trouve dans la même phase que les réactifs.
• Les êtres vivants dépendent de réactions chimiques catalysées par des enzymes, qui sont des catalyseurs biologiques homogènes.
• Un catalyseur hétérogène est une substance qui se trouve dans une phase différente de celle des réactifs de la réaction qu'il catalyse.
• L'énergie cinétique des particules de réactif d'une réaction chimique se déroulant avec et sans catalyseur:
  • E{catalysée} < E{non catalysée}
  • Plus de particules ayant assez d'énergie pour réagir dans la réaction catalysée que dans la réaction non catalysée.

10.1 La nature des réactifs

• La nature des réactifs ainsi que le nombre et la force des liaisons qu'ils contiennent influencent la vitesse de réaction.
• Les vitesses de réaction peuvent être classées des plus lentes aux plus rapides en fonction de la phase dans laquelle se trouvent les réactifs de la façon suivante:
  • solide → liquide → gaz →ions aqueux
• En général, une réaction chimique dans laquelle des molécules de réactif contiennent un niveau d'énergie de liaison élevé, du fait du grand nombre de liaisons ou de leur force, est plus lente qu'une réaction dont les réactifs ont un niveau de liaison intramoléculaire faible.

10.2 La surface de contact du réactif

• En général, une augmentation de la surface de contact du réactif augmente la vitesse de réaction.

10.3 La concentration des réactifs et la loi des vitesses de réaction

• La concentration des réactifs a une influence sur la vitesse de réaction: généralement, plus la concentration des réactifs est élevée, plus la vitesse de réaction est grande.
• La loi des vitesses de réaction est une relation mathématique entre la vitesse de réaction et la concentration des réactifs, et elle dépend des coefficients stœchiométriques des réactifs qui apparaissent dans l'équation balancée.
• La loi des vitesses de réaction peut être exprimée de façon générale, à une température donnée, de la façon suivante:
  • v = k \cdot [A]^x [B]^y
  • où v est la vitesse de réaction, k est la constante de vitesse, [A] et [B] sont les concentrations des réactifs, et x et y sont les ordres partiels de la réaction par rapport à A et B, respectivement.

11.1 L'équilibre statique et l'équilibre dynamique

• Un équilibre statique est l'état de ce qui reste au même point ou qui est maintenu immobile.
• Un équilibre dynamique résulte de deux processus opposés s'effectuant à la même vitesse de sorte qu'aucun changement visible n'a lieu dans le système réactionnel.
• Un équilibre des phases (ou équilibre physique) est un équilibre dynamique dans lequel une seule substance se trouve dans plusieurs phases à l'intérieur d'un système à la suite d'une transformation physique.
• L'équilibre de solubilité est un état dans lequel un soluté est dissous dans un solvant ou une solution, et où un excès de ce soluté est en contact avec la solution saturée.
• Un équilibre chimique est un équilibre dynamique résultant de deux réactions chimiques opposées qui s'effectuent à la même vitesse, ce qui laisse la composition du système réactionnel inchangée.

11.2 Les réactions irréversibles et réversibles

• Une réaction irréversible est une réaction qui ne peut se produire que dans un seul sens. Ces réactions se caractérisent par la transformation complète en produits d'au moins un des réactifs du système.
  • Exemple: CH4 (g) + 2 O2 (g) \rightarrow CO2 (g) + 2 H2O (g)
• Une réaction réversible est une réaction chimique qui peut se produire dans un sens (réaction directe) ou dans l'autre (réaction inverse). Dans ces réactions, les réactifs sont transformés en produits et les produits sont transformés en réactifs. Les réactions réversibles se reconnaissent par la présence simultanée des réactifs et des produits dans le système réactionnel.
  • Exemple: H2(g) + I2 (g) \rightleftharpoons 2 HI (g)

11.3 Les conditions nécessaires à l'obtention de l'équilibre

• Trois conditions doivent être réunies pour qu'un système puisse atteindre l'équilibre:
  • la transformation doit être réversible;
  • la transformation doit se dérouler dans un système fermé;
  • les propriétés macroscopiques du système doivent demeurer constantes.
• Dans le cas d'un équilibre chimique, la transformation doit être une réaction chimique réversible.

11.4 Le principe de Le Chatelier

• Selon le principe de Le Chatelier, si on modifie les conditions d'un système à l'équilibre, le système réagira de manière à s'opposer partiellement à cette modification jusqu'à ce qu'il atteigne un nouvel état d'équilibre.
• Lorsqu'on modifie les conditions d'un système, le principe de Le Chatelier permet de prédire qualitativement le sens du déplacement de l'équilibre.

11.5 Les facteurs qui influencent l'état d'équilibre

• Trois facteurs influencent l'état d'équilibre chimique d'un système: la concentration des réactifs ou des produits, la température et la pression.
• Selon le principe de Le Chatelier, dans un système à l'équilibre:
  • une augmentation de la concentration d'une substance déplace l'équilibre en favorisant la réaction permettant de diminuer la concentration de cette substance;
  • une diminution de la concentration d'une substance déplace l'équilibre en favorisant la réaction permettant d'augmenter la concentration de cette substance;
  • toute augmentation de la température déplace l'équilibre en favorisant la réaction endothermique;
  • toute diminution de la température déplace l'équilibre en favorisant la réaction exothermique;
  • toute augmentation de la pression par une diminution de volume déplace l'équilibre en favorisant la réaction qui produit le plus petit nombre de molécules de gaz;
  • toute diminution de la pression par une augmentation du volume déplace l'équilibre en favorisant la réaction qui produit le plus grand nombre de molécules de gaz;
  • la variation de la pression n'a d'influence que si ce système contient au moins une substance en phase gazeuse.
• L'ajout d'un catalyseur permet à un système d'atteindre plus rapidement l'état d'équilibre, mais cet ajout n'exerce pas d'influence sur l'équilibre.

11.6 L'équilibre chimique au quotidien

• On peut considérer la Terre comme un système fermé à l'état d'équilibre dynamique.
• L'équilibre des cycles biogéochimiques est fragile; il est menacé, entre autres, par l'augmentation de la production des gaz à effet de serre et par le réchauffement climatique.

12.1 La constante d'équilibre

• La constante d'équilibre (K), aussi appelée loi de l'équilibre, est une relation établissant qu'à une température donnée, dans toute réaction chimique élémentaire à l'équilibre, il y a un rapport constant entre les concentrations des produits (C, D) et celles des réactifs (A, B), chaque concentration étant élevée à une puissance correspondant au coefficient stoechiométrique.
  • Pour une réaction élémentaire hypothétique de type aA + bB \rightleftharpoons cC + dD
  • K = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}
• On effectue le calcul de la valeur de la constante d'équilibre en utilisant seulement les concentrations des substances gazeuses ou en solution.
• La valeur de la constante d'équilibre indique le degré de réalisation d'une réaction chimique. Une valeur de constante d'équilibre élevée signale que le système favorise la réaction directe. Une valeur de constante d'équilibre basse signale que le système favorise la réaction inverse.
• Pour un système donné à l'équilibre, seule la température peut faire varier la constante d'équilibre.

12.2 L'équilibre ionique dans les solutions

• Au fil des ans, on a élaboré diverses theories pour mieux définir les acides et les bases.