La cinétique, ou taux de réactions chimiques, représente l’un des sujets les plus complexes auxquels sont confrontés les étudiants en chimie au niveau secondaire et supérieur. La vitesse d'une réaction chimique décrit comment les concentrations de produits et de réactifs changent avec le temps. Au fur et à mesure que la réaction progresse, la vitesse a tendance à diminuer car le risque de collision entre les réactifs diminue progressivement. Les chimistes ont donc tendance à décrire les réactions par leur vitesse «initiale», qui correspond à la vitesse de réaction au cours des premières secondes ou minutes.
En général, les chimistes représentent des réactions chimiques sous la forme
aA + bB ---> cD + dD,
où A et B représentent les réactifs, C et D représentent les produits et a, b, c et d représentent leurs coefficients respectifs dans l'équation chimique équilibrée. L'équation de vitesse pour cette réaction est alors
taux = (-1 ≤ a) d ≤ dt = (-1 ≤ b) d ≤ dt = (1 ≤ c) d ≤ dt = (1 ≤ d) d ≤ dt,
où les crochets indiquent la concentration du réactif ou du produit; a, b, c et d représentent les coefficients des équations chimiques équilibrées; et t représente le temps.
Écrivez une équation chimique équilibrée pour la réaction à l'étude. A titre d'exemple, considérons la réaction du peroxyde d'hydrogène, H2O2, en décomposition en eau, H2O, et de l'oxygène, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
Une réaction «équilibrée» contient le même nombre de chaque type d’atome à la fois du côté gauche et du côté droit de la flèche. Dans ce cas, les deux côtés contiennent quatre atomes d'hydrogène et deux atomes d'oxygène.
Construisez l’équation de taux sur la base de l’équation donnée dans l’introduction. En reprenant l'exemple de l'étape 1:
taux = - (1 2) d ÷ dt = (1 2) d ÷ dt = (1 1) d ÷ dt.
Substituez les données de concentration et de temps dans l'équation de l'étape 2 sur la base des informations disponibles dans le problème ou obtenues lors d'une expérience. Par exemple, pour la réaction décrite ci-dessus, supposons que les données suivantes ont été obtenues:
heure (s), (M) 0, 0,250 10, 0,226
Ces données indiquent qu’après 10 secondes, la concentration en peroxyde d’hydrogène a diminué de 0,250 mole par litre à 0,226 mole par litre. L'équation du taux devient alors
débit = - (1 2) d ÷ dt = - (1 2) (0,226 - 0,250) 10 = 0,0012 M / s.
Cette valeur représente le taux initial de la réaction.