Introduction à la chimie

Objectif d’apprentissage

• Expliquer comment la concentration, la surface, la pression, la température et l’ajout de catalyseurs affectent la vitesse de réaction

Termes

• Catalystune substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans être consommée dans le processus.
• énergie d’activationla quantité minimale d’énergie que les molécules doivent avoir pour qu’une réaction se produise lors d’une collision.

Concentrations de réactifs

L’augmentation des concentrations de réactifs accélère la réaction. Pour qu’une réaction chimique se produise, il doit y avoir un certain nombre de molécules d’énergies égales ou supérieures à l’énergie d’activation. Avec une augmentation de la concentration, le nombre de molécules avec l’énergie minimale requise augmentera et, par conséquent, la vitesse de la réaction augmentera. Par exemple, si une particule sur un million a une énergie d’activation suffisante, alors sur 100 millions de particules, seulement 100 réagiront. Cependant, si vous avez 200 millions de ces particules dans le même volume, alors 200 d’entre elles réagissent. En doublant la concentration, la vitesse de réaction a également doublé.

Surface

Dans une réaction entre un solide et un liquide, la surface du solide aura finalement un impact sur la rapidité de la réaction. En effet, le liquide et le solide ne peuvent se heurter qu’à l’interface liquide-solide, qui se trouve à la surface du solide. Les molécules solides piégées dans le corps du solide ne peuvent pas réagir. Par conséquent, l’augmentation de la surface du solide exposera plus de molécules solides au liquide, ce qui permet une réaction plus rapide.

Par exemple, considérons une brique de 6 x 6 x 2 pouces. La surface des surfaces exposées de la brique est de 4 (6 \ fois 2) + 2 (6\ fois 6) = 120 \; cm ^2. Lorsque la brique est démontée en neuf cubes plus petits, cependant, chaque cube a une surface de 6 (2 \ fois 2) = 24\ cm ^2, donc la surface totale des neuf cubes est de 9\ fois 24 = 216\ cm ^2.

Cela montre que la surface totale exposée augmentera lorsqu’un corps plus grand est divisé en morceaux plus petits. Par conséquent, puisqu’une réaction a lieu à la surface d’une substance, l’augmentation de la surface devrait augmenter la quantité de substance disponible pour réagir, et augmentera ainsi également la vitesse de la réaction.

Pression

L’augmentation de la pression pour une réaction impliquant des gaz augmentera la vitesse de réaction. Lorsque vous augmentez la pression d’un gaz, vous diminuez son volume (PV = nRT; P et V sont inversement liés), tandis que le nombre de particules (n) reste inchangé. Par conséquent, l’augmentation de la pression augmente la concentration du gaz (n / V) et garantit que les molécules de gaz entrent en collision plus fréquemment. Gardez à l’esprit que cette logique ne fonctionne que pour les gaz, qui sont hautement compressibles; la modification de la pression pour une réaction impliquant uniquement des solides ou des liquides n’a aucun effet sur la vitesse de réaction.

Température

Il a été observé expérimentalement qu’une élévation de 10 °C de la température double ou triple généralement la vitesse d’une réaction entre molécules. L’énergie minimale nécessaire pour qu’une réaction se déroule, appelée énergie d’activation, reste la même avec l’augmentation de la température. Cependant, l’augmentation moyenne de l’énergie cinétique des particules causée par la chaleur absorbée signifie qu’une plus grande proportion des molécules réactives ont maintenant l’énergie minimale nécessaire pour entrer en collision et réagir. Une augmentation de la température provoque une augmentation des niveaux d’énergie des molécules impliquées dans la réaction, de sorte que la vitesse de la réaction augmente. De même, la vitesse de réaction diminuera avec une diminution de la température.

Présence ou absence de catalyseur

Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse de réaction en abaissant l’énergie d’activation nécessaire à la réaction. Un catalyseur n’est pas détruit ou modifié pendant une réaction, il peut donc être réutilisé. Par exemple, dans des conditions ordinaires, H2 et O2 ne se combinent pas. Cependant, ils se combinent en présence d’une petite quantité de platine, qui agit comme catalyseur, et la réaction se produit alors rapidement.

Nature des Réactifs

Les substances diffèrent nettement dans les vitesses auxquelles elles subissent des changements chimiques. Les différences de réactivité entre les réactions peuvent être attribuées aux différentes structures des matériaux impliqués; par exemple, que les substances soient en solution ou à l’état solide importe. Un autre facteur est lié aux forces de liaison relatives au sein des molécules des réactifs. Par exemple, une réaction entre des molécules avec des atomes liés par de fortes liaisons covalentes aura lieu à un rythme plus lent qu’une réaction entre des molécules avec des atomes liés par de faibles liaisons covalentes. Cela est dû au fait qu’il faut plus d’énergie pour rompre les liaisons des molécules fortement liées.