Chimie c1031

L'expression de la vitesse de réaction

La vitesse d'une réaction est une valeur positive qui correspond à la quantité de réactifs transformés par unité de temps au cours d'une réaction chimique, ou encore à la quantité de produits formés par unité de temps au cours de cette même réaction.

Au cours d'une réaction chimique, les réactifs entrent en collision et se transforment en de nouvelles substances, les produits. Le rythme auquel se produit cette transformation correspond à la vitesse de la réaction. Toutes les réactions ne se déroulent pas au même rythme, mais des règles générales ont été établies afin de pouvoir en décrire la vitesse.

L'expression de la vitesse de réaction

Une réaction chimique se déroule de manière progressive. Au début, il n'y a que des particules de réactifs. Par la suite, à mesure que le temps passe, les particules de produits apparaissent au fur et à mesure que les réactifs entrent en collision. Une illustration graphique du déroulement d'une réaction montre bien que la vitesse n'est pas constante tout au long de la réaction. En effet, le rythme d'apparition des produits est rapide en début de réaction (la pente de la courbe est prononcée) alors qu'il diminue par la suite (la pente de la courbe tend vers l'horizontale). Il en est de même pour le rythme de transformation des réactifs.

Illustration graphique de la variation de particules en fonction du temps de réaction

On peut exprimer la vitesse d'une réaction en fonction des produits formés ou encore en fonction des réactifs transformés. Les expressions mathématiques qui décrivent la vitesse d'une réaction s'exprime généralement de la façon suivante:

Vitesse de réaction en fonction des produits:
|\displaystyle \text{Vitesse de réaction}=\frac{\text{Quantité de produits formés}}{\text{Intervalle de temps}}=\frac{q}{\Delta t}|

Vitesse de réaction en fonction des réactifs:
|\displaystyle \text{Vitesse de réaction}=\frac{\text{-Quantité de réactifs transformés}}{\text{Intervalle de temps}}=\frac{-q}{\Delta t}|

Il est à noter que, par convention, on exprime les vitesses de réaction par des valeurs positives. Toutefois, étant donné que la quantité de réactifs diminue au cours d'une réaction chimique, la variation que l'on calcule est toujours négative. Afin de rendre cette vitesse conforme à la convention des signes, il faut ajouter un signe négatif devant le taux dans la formule.

La vitesse générale d'une réaction

La vitesse d'une réaction n'est pas la même pour toutes les substances qui y sont impliquées. Elle est plutôt proportionnelle au coefficient de la substance considérée, coefficient que l'on retrouve dans l'équation chimique balancée.

Par exemple, si l'on considère la réaction de synthèse de d'iodure d'hydrogène |(H_{2(g)} + I_{2(g)} \rightarrow 2 HI_{(g)})|, on constate qu'il faut une mole (ou molécule) de chaque réactif pour former deux moles (ou molécules) de produit. Donc, dans un même intervalle de temps, pour chaque molécule de réactifs transformés, deux fois plus de molécules de produits sont formées. Ainsi, la vitesse déterminée en fonction du produit HI est deux fois plus grande que celle déterminée en fonction d'un des réactifs (H2 et I2). Par exemple, si la vitesse de transformation du H2 était de 2 mol/s, celle de formation du HI serait de 4 mol/s.

Pour que la vitesse d'une réaction soit la même peu importe la substance choisie pour l'exprimer, on utilise la formule de la vitesse générale de réaction.

Selon la réaction hypothétique  |aA + bB \rightarrow cC + dD|, on l'exprime de la façon suivante:
|\displaystyle v_{g}=\frac{v_{A}}{a}=\frac{v_{B}}{b}=\frac{v_{C}}{c}=\frac{v_{D}}{d}|

où |v_{g}| représente la vitesse générale de la réaction (en mol/(L•s) ou en mol/s)
|v_{a}, v_{b}, v_{c}, v_{d}| représentent la vitesse en fonction de chacune des substances en jeu dans la réaction, en mol/(L•s) ou en mol/s
|a, b, c, d| représentent les coefficients de chaque substance

Soit la réaction chimique suivante: |N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \rightarrow 2 NH_{3(g)}|. La vitesse de production de l'ammoniac |(NH_{3})| est de |5,0 \times 10^{-6} mol/(L\cdot s)|.

a) Quelle est l'expression de la vitesse générale de la réaction?
|\displaystyle v_{g}=\frac{v_{N_{2}}}{1}=\frac{v_{H_{2}}}{3}=\frac{v_{NH_{3}}}{2}|

b) Quelle est la vitesse générale de la réaction?
|\displaystyle v_{g}=\frac{v_{NH_{3}}}{2}|
|\displaystyle v_{g}=\frac{5,0\times10^{-6}}{2}|
|v_{g}=2,5\times10^{-6} mol/(L\cdot s)|

c) Quelles sont les vitesses de transformation de chacun des réactifs?
Pour le diazote |(N_{2})|:
|\displaystyle v_{g}=\frac{v_{N_{2}}}{1}|
|\displaystyle 2,5\times10^{-6}=\frac{v_{N_{2}}}{1}|
|v_{N_{2}}=2,5\times10^{-6} mol/(L \cdot s)|

Pour le dihydrogène |(H_{2})|:
|\displaystyle v_{g}=\frac{v_{H_{2}}}{3}|
|\displaystyle 2,5\times10^{-6}=\frac{v_{H_{2}}}{3}|
|\displaystyle v_{H_{2}}=7,5\times10^{-6} mol/(L \cdot s)|

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