LC 21 : cinétique homogène

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• Tout en un PCSI, De Boeck
• “40 expériences illustrées de chimie générale et organique - La chimie, une science expérimentale”, auteurs : Elodie Martinand-Lurin, Raymond Grüber.

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Ce qui est vu en lycée

Ils connaissent les facteurs cinétiques, la vitesse de disparition (en valeur absolue) et les lois d’ordre 1 : equa diff, résolution, tracé, suivi d’une grandeur.

On peut donc redéfinir proprement, faire les ordres (partiels et globaux), dont un au tableau (2 par exemple), et la détermination expérimentale. Peut être pas la peine de faire les facteurs d’influence,ils les ont déjà en tête, ne sert pas ici. Possiblement, qu’une méthode que l’on applique à l’exemple fil rouge, mais il ne faut pas faire un catalogue interminable

Intro

Aujourd’hui, retour de la cinétique. Vous avez vu en lycée les bases, que l’on va approfondir au travers de cet exemple : érythrosine B. Commencer par montrer deux mélanges érythrosine-hypoclorite à des kapp différents, on va essayer de modéliser ça.

D’abord, c’est une histoire de concentration qui varie avec plusieurs réactifs en jeu.

I Notion de vitesse de réaction

1) Grandeur usuelle : avancement

On regarde une réaction Σνiμi=0. Vous avez l’habitude de modéliser cela par l’avancement, ξ. On définit la vitesse volumique de réaction v=(1/V)dξ/dt. Volumique car on préfère travailler en concentration, les grandeurs seront indépendantes du volume utilisé, à condition que :

• parfaitement agité (milieu homogène)
• volume fixe au cours de l’expérience
• Système fermé à Text cte

On parle donc de cinétique homogène

Pour l’instant, on parle d’avancement et de grandeur volumique, mais il faut relier cette définition à la concentration.

2) Lien avec la concentration d’une espèce

On reprend la réaction, et si on veut relier l’avancement à la concentration, on fait un tableau d’avancement ! d’où l’expression de v en 1/νi (concentration car V cte) etc…

Remarque : on a une vitesse positive par définition, les réactifs vont diminuer mais on νi négatif, et resp. On peut définir des vitesse d’apparition ou de disparition en dn/dt/V, mais elles seront toujours positives !

Exemple sur slide

On a donc une définition de la vitesse, il reste maintenant à faire un peu plus de chimie et modéliser son évolution…

II Modèles d’évolution de la vitesse

1) Modèle général a un réactif

Def ordre global et partiel, constante de réaction. RQ : Attention aux unités.

2) Modèles et implications à un réactif

Ordre 0,1,2 : Rappel ordre 1 en diapo car déjà vu avec loi de vitesse exponentielle. Ordre 2 au tableau, et ordre 0 diapo avec récap de tout le monde.

3) Cas à plusieurs réactifs

Modèle, ordre global et partiel, on doit trouver des méthodes. Exemple dégénérescence de l’ordre.

On ne sait modélise la vitesse que pour un réactif. Il faudra donc ruser dans le cas de l’érythrosine puisqu’il y a deux espèces. C’est souvent le cas d’ailleurs (plus d’un réactif), donc comment faire ?

III Etude cinétique expérimentale à deux réactifs

1) Cadre d’étude et méthode de dégénérescence de l’ordre

Réaction, ClO- excès, kapp.

On utilise une solution de ClO- de concentration connue en excès. On parle de constante apparente car ne varie pas au cours de l’expérience. On se ramène donc à un suivi à une concentration variable, on va pouvoir utiliser les relations connues. On ajuste besoin de mesurer la concentration au cours du temps, et vérifier quelle loi elle suit.

Comment vérifier ?

2) Choix d’un outil de suivi de la concentration

Il existe plusieurs méthodes : trempe avec dosage (destructif), conductimétrie, mais aussi spectro. Avantage : non invasif, temps réel. On va le faire par absorbance car la solution est colorée

2) Résolution par méthode intégrale

On trouve l’ordre partiel en erythrosine par méthode intégrale : utiliser les formules solutions des equations différentielles pour trouver l’ordre (savoir laquelle est suivie). Intégrale car on a intéfré l’équa diff…

Avec une expérience, on a donc l’ordre partiel en Erythrosine. Mais pas satisfaisant complètement, besoin de k et de l’ordre en ClO-

3) Détermination de k et β

On trace ln(kapp) en fonction de ln([ClO-]) et on trouve k et l’ordre partiel β.

Résumé avec méthodes au tableau et qu’est ce qu’on a fait.

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