Se propose d’étudier l’intervention du facteur «temps» dans les transformations chimiques
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     CHAPITRE 11 : TEMPS ET ÉVOLUTION CHIMIQUE : CINÉTIQUE ET CATALYSE
Certaines transformations sont rapides [ Cu2+(aq) + 2 HO-(aq) Cu(OH)2 (s)] d’autres sont lentes [2 MnO4-(aq) + 6 H+(aq) + 5 H2C2O4(aq) 2 Mn2+(aq) + 8 H2O (l) + 10 CO2(g) ] voire très lente (vieillissement du vin) ou infiniment lente. La cinétique chimique se propose d’étudier l’intervention du facteur « temps » dans les transformations chimiques.
II-1) La température II-1-1) Transformation étudiée Action du peroxyde d’hydrogène H2O2(aq) sur les ions iodure I-(aq). Il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction.
II-1-2) Expérience  II-1-3) Observation La coloration brune due au diiode (I2) formé est plus …………………………………………… dans l’erlenmeyer B que dans l’erlenmeyer A. II-1-4) Interprétation et généralisation Le diiode se forme plus …………………………………………… dans l’erlenmeyer B que dans l’erlenmeyer A. Généralisation : II-2) La concentration II-2-1) Transformation étudiée Action d’une solution d’acide chlorhydrique (H+(aq)+Cl-(aq)) sur les ions thiosulfates S2O32- (aq). Il s’agit s’une réaction d’oxydoréduction.
N.B. : S2O32- est à la fois oxydant et réducteur : la réaction d’oxydoréduction est appelée réaction de dismutation. II-2-2) Expérience Voir schémas à la page suivante II-2-3) Observation La formation de soufre …………………………………….. les béchers. Le bécher A s’…………………………………….. plus ……………………………………..que le bécher B. II-2-4) Interprétation et généralisation Le soufre se forme plus …………………………………….. dans le bécher A que dans le bécher B. Généralisation : Schémas du paragraphe II-2-2)
II-3) Autres facteurs Éclairement et solvant : voir paragraphe 2.3 page 236 de votre livre III) METHODES DE SUIVI DE L’EVOLUTION D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE III-1) Suivi qualitatif par CCM On réalise des chromatographies sur couche mince (CCM) à divers instants. Les taches correspondant aux réactifs disparaissent progressivement, tandis que les taches correspondant aux produits apparaissent ce qui permet d’évaluer la durée de la transformation. Exemple : Le paracétamol, principe actif de nombreux médicaments, est synthétisé grâce à la réaction d’équation :  Une CCM est effectuée en réalisant les dépôts suivants :
Après élution, la plaque est révélée par UV. Elle est représentée ci-dessous : 
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……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III-2) Suivi quantitatif On mesure à des instants déterminés t0, t1, t2, t3, etc., la quantité de matière (ou la concentration) d’un réactif R ou d’un produit P. On obtient alors une courbe n(R)=f(t) ou n(P)=f(t) ou [R]=f(t) ou [P]=f(t). Produit Réactif N.B. Les graduations sont en unités arbitraires. Les méthodes qui permettent de déterminer la variation de la quantité de matière (ou de la concentration) sont extrêmement variées :
III-3) Temps de demi-réaction-Durée d’une réaction III-3-1) Temps de demi-réaction Soit x (en mol) l’avancement de la réaction étudiée. Que l’on réalise un suivi par méthode chimique ou physique l’utilisation d’un tableau d’avancement permet en général, à partir des mesures effectuées, (n = f(t) ou [X]=f(t) ou A =f(t) ou pH = f(t) ou = f(t), etc. ) de tracer la courbe x = f(t). Voir exercice du § III-3-3 et l’activité expérimentale 1.. Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction correspondant à la réaction (hypothétique) dont la courbe représentant l’avancement en fonction du temps (x = g(t)) est donnée ci-dessus. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III-3-2) Durée d’une réaction Le temps de demi-réaction t1/2 permet d’évaluer la durée nécessaire à l’achèvement de la transformation chimique étudiée. L’expérience montre qu’une réaction cesse pratiquement d’évoluer au bout d’une durée de l’ordre de quelques t1/2 (d’une dizaine à quelques dizaines, selon la réaction considérée et la précision cherchée). III-3-3) Exercice (á faire à la maison) ÉTUDE CINÉTIQUE PAR SUIVI SPECTROPHOTOMÉTRIQUED’après Bac Polynésie 2003 On se propose d’étudier la cinétique de la transformation lente de décomposition de l’eau oxygénée par les ions iodure en présence d’acide sulfurique, transformation considérée comme totale. L’équation de la réaction qui modélise la transformation d’oxydoréduction s’écrit : H2O2(aq) + 2 I–(aq) + 2 H3O+(aq) I2(aq) + 4 H2O(l) La solution de diiode formée étant colorée, la transformation est suivie par spectrophotométrie, méthode qui consiste à mesurer l'absorbance A de la solution, grandeur proportionnelle à la concentration en diiode.
À la date t = 0 s, on mélange V1 =20,0 mL d'une solution d'iodure de potassium de concentration C1 = 0,10 mol.L-1 acidifiée avec de l'acide sulfurique en excès, V’ = 8,0 mL d'eau distillée et V2 = 2,0 mL d'eau oxygénée de concentration C2 = 0,10 mol.L-1. On remplit une cuve spectrophotométrique, et on relève les valeurs de l'absorbance au cours du temps. On détermine alors, grâce à la loi de Beer-Lambert, la concentration [I2] du diiode formé (voir tableau de la question 3.1).
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……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Exploitation des résultats 2.1. Compléter le tableau ci-dessous :
2.2. Tracer sur papier millimétré ou à l’aide d’un tableur la courbe x = f(t). 2.3. Définir le temps de demi-réaction t1/2. Le déterminer graphiquement. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… IV) CATALYSE IV-1) Activité expérimentale : dismutation de l’eau oxygénée Voir activité expérimentale 2 du chapitre 11 IV-2) Qu’est-ce qu’un catalyseur ? Un catalyseur est une espèce chimique qui ………………………………… la durée d’une transformation chimique sans modifier son rendement. On dit que la réaction correspondante est …………………………………. Un catalyseur n’est pas ………………………………… * lors de la transformation chimique il n’apparait donc pas dans l’équation de la réaction. *Le catalayseur interagit avec les réactifs mais il est toujours intégralement restitué en fin de transformation. Exemples de catalyseurs de la réaction de dismutation de l’eau oxygénée : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. IV-3) Les trois types de catalyse IV-3-1) Catalyses homogène et hétérogène Lorsque le catalyseur appartient à la même phase que les réactifs, la catalyse est dite …………………………………. Elle est dite ………………………………… dans le cas contraire. Exemples de catalyse homogène et de catalyse hétérogènes : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. IV-3-2) Catalyse enzymatique Lorsque le catalyseur est une ………………………………… (protéine dont le nom se termine en général par ase) la catalyse est dite enzymatique. Exemple de catalyse enzymatique : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. IV-4) Catalyse en milieu biologique et dans le domaine industriel Voir § 3.3 et 3.4 de votre livre aux pages 237 et 238 Page sur 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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