Suivre et modéliser l’évolution temporelle d’un système siège d’une transformation chimique

Un fruit qui mûrit, du nitrate d’argent dans une solution de chlorure de sodium… Une réaction chimique se fait de manière lente ou rapide. Elle peut être visible ou non à l’œil nu. Mais alors, comment modéliser cette évolution et en étudier les facteurs d’influence ? Explications avec les professeures Pauline et Lucie.

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Comment suivre une transformation temporelle ?

Il existe plusieurs méthodes. Parmi elles, la spectrophotométrie. Elle permet de mesurer l’absorbance. Pour cela, le produit doit être coloré. En pratique, une lumière traverse le produit et on observe la lumière qui en ressort. Grâce à la loi de Beer-Lambert selon laquelle l’absorbance est proportionnelle à la concentration, on mesure alors l’évolution de la concentration en fonction du temps. On établit alors une courbe.

Cela permet d’accéder à trois paramètres :

• Le temps de demi-réaction : le temps au bout duquel l’avancement est à la moitié.
• La valeur de la vitesse de la disparition du produit.
• Le respect ou non de laloi de vitesse 1 : la vitesse de disparition d’un réactif est proportionnelle à sa concentration.

Quels sont les facteurs cinétiques ?

Plusieurs facteurs agissent sur la vitesse d’une transformation chimique. Parmi eux :

• La température. Plus la température est élevée, plus la réaction chimique sera rapide. La raison : les chocs entre les molécules sont moins efficaces dans un milieu froid que dans un milieu chaud. C’est le cas avec un réfrigérateur : il permet d’allonger la durée de vie des aliments. À l’inverse, une cocotte-minute accélère la transformation des aliments.
• La concentration initiale des réactifs. Plus la concentration des réactifs est grande, plus la transformation chimique sera rapide. En effet, la transformation chimique est plus rapide car les réactifs sont plus proches les uns des autres.

Comment accélerer une réaction chimique ?

Pour modifier l’évolution temporelle d’un système, on peut utiliser un catalyseur. Il permet d’accélérer une réaction chimique sans la modifier, c’est-à-dire sans changer le résultat final. Il existe trois types de catalyseur :

• Le catalyseur homogène : le catalyseur et les réactifs sont dans le même état physique.
• Le catalyseur enzymatique : on utilise des enzymes (des molécules organiques complexes). Leur forme va faire catalyser la réaction.
• Le catalyseur hétérogène : le catalyseur et les réactifs forment deux états physiques distincts. Dans ce cas de figure, le catalyseur est souvent un solide.

► Pour compléter ce cours, vous pouvez regardez cette vidéo sur le sens de l'évolution spontanée d'un système chimique.