2.7 : Loi sur les taux et ordonnance de réaction

La vitesse d'une réaction est affectée par les concentrations de réactifs. Les lois de taux (lois de taux différentiels) ou équations de taux sont des expressions mathématiques décrivant la relation entre la vitesse d'une réaction chimique et la concentration de ses réactifs.

Par exemple, dans une réaction générique aA + bB ⟶ produits, où a et b sont des coefficients stoechiométriques, la loi de vitesse peut s'écrire :

taux = k[A]^m[B]ⁿ

[A] et [B] représentent les concentrations molaires des réactifs et k est la constante de vitesse, spécifique à une réaction particulière à une température spécifique.

Les exposants m et n sont les ordres de réaction et sont généralement des entiers positifs, bien qu'ils puissent être des fractions, des valeurs négatives ou zéro.

La constante de vitesse k et les ordres de réaction m et n sont déterminés expérimentalement en observant comment la vitesse d'une réaction change à mesure que les concentrations des réactifs changent. La constante de vitesse k est indépendante des concentrations de réactifs mais varie avec la température.

Les ordres de réaction dans une loi de vitesse décrivent la dépendance mathématique de la vitesse sur les concentrations de réactifs. En se référant à la loi de vitesse générique (taux = k[A]^m[B]ⁿ), la réaction est du m^th ordre par rapport à A et du n^th ordre par rapport à B. Par exemple, si m = 1 et n = 2, le la réaction est du premier ordre dans A et du deuxième ordre dans B. L'ordre global de la réaction est simplement la somme des ordres pour chaque réactif. Pour l'exemple de loi de taux ici, la réaction est globalement du troisième ordre (1 + 2 = 3).

Une approche expérimentale courante pour la détermination des lois de taux est la méthode des taux initiaux. Cette méthode consiste à mesurer les taux de réaction pour plusieurs essais expérimentaux réalisés en utilisant différentes concentrations initiales de réactifs. La comparaison des vitesses mesurées pour ces essais permet de déterminer les ordres de réaction et, par la suite, la constante de vitesse, qui sont utilisés ensemble pour formuler une loi de vitesse.

Les lois de vitesse peuvent présenter des ordres fractionnaires pour certains réactifs, et des ordres de réaction négatifs sont parfois observés lorsqu'une augmentation de la concentration d'un réactif entraîne une diminution de la vitesse de réaction. Il est important de noter que les lois de vitesse sont déterminées uniquement par l’expérience et ne sont pas prédites de manière fiable par la stœchiométrie des réactions.

L'ordre de réaction détermine la relation entre la vitesse de réaction et la concentration des réactifs ou des produits.

• Dans une réaction d'ordre zéro, la concentration des réactifs n'a aucun effet sur la vitesse de la réaction, qui reste constante tout au long.
• Dans une réaction de premier ordre, la vitesse de réaction est directement et linéairement proportionnelle à la modification de la concentration du réactif. À mesure que la concentration du réactif diminue, la vitesse de réaction diminue également proportionnellement.
• Dans les réactions de second ordre ou d'ordre supérieur, la vitesse de réaction est proportionnelle à la valeur exponentielle des réactifs. Par conséquent, à mesure que la réaction progresse et que la concentration des réactifs diminue, la vitesse de réaction diminue de façon exponentielle.