Lois de vitesse de réaction

Une loi de vitesse exprime comment la vitesse d'une réaction dépend des concentrations de ses réactifs, et sa forme intégrée prédit comment ces concentrations évoluent dans le temps.

Definition

Une loi de vitesse de réaction est une équation empirique reliant la vitesse instantanée d'une réaction aux concentrations des réactifs, chacun élevé à une puissance qui définit son ordre, avec une constante de vitesse dépendante de la température.

Scope

Ce sujet couvre la détermination empirique des lois de vitesse : la définition de la vitesse de réaction, les concepts d'ordre et de molécularité, la constante de vitesse, et les méthodes telles que les vitesses initiales et l'isolement pour déterminer les ordres. Il développe les équations de vitesse intégrées pour les réactions d'ordre zéro, un et deux, les demi-vies correspondantes, et l'analyse des réactions réversibles, parallèles et consécutives. La reconstruction des mécanismes à partir des lois de vitesse et l'origine théorique des constantes de vitesse sont traitées dans des sujets distincts.

Core questions

• Comment l'ordre de réaction est-il déterminé expérimentalement à partir des données de concentration en fonction du temps ?
• Quelles sont les équations de vitesse intégrées et les demi-vies pour les ordres de réaction courants ?
• En quoi la molécularité et l'ordre diffèrent-ils, et pourquoi ne coïncident-ils pas nécessairement ?
• Comment les réactions parallèles et consécutives sont-elles analysées cinétiquement ?

Key concepts

• Vitesse de réaction et constante de vitesse
• Ordre et molécularité
• Équations de vitesse intégrées
• Demi-vie et temps caractéristique
• Méthode des vitesses initiales et d'isolement

Key theories

Lois de vitesse intégrées

L'intégration de la loi de vitesse différentielle pour un ordre donné produit des relations explicites concentration-temps, des tracés linéaires qui identifient l'ordre, et des demi-vies caractéristiques qui sont constantes pour les réactions de premier ordre mais dépendantes de la concentration dans les autres cas.

Détermination de l'ordre par isolement et vitesses initiales

En maintenant tous les réactifs sauf un en grand excès, ou en mesurant les vitesses au tout début avant l'accumulation des produits, la dépendance à l'égard de chaque réactif peut être isolée et la loi de vitesse globale assemblée.

Clinical relevance

Les lois de vitesse établissent les équations de conception pour les réacteurs chimiques, prédisent la décomposition et la durée de conservation des médicaments et des réactifs, régissent le moment de l'administration et de l'élimination en pharmacocinétique, et quantifient la persistance des polluants dans les systèmes environnementaux.

History

L'étude de Wilhelmy en 1850 sur l'inversion du saccharose a donné la première loi de vitesse quantitative ; la loi d'action de masse de Guldberg et Waage dans les années 1860 a relié les vitesses aux concentrations, et van't Hoff a systématisé l'ordre et la molécularité dans ses études de 1884 sur la dynamique chimique.

Key figures

• Ludwig Wilhelmy
• Cato Maximilian Guldberg
• Peter Waage

Seminal works

• atkins2018
• laidler1987

Frequently asked questions

Une réaction peut-elle avoir un ordre fractionnaire ou même nul ?

Oui. Les ordres fractionnaires découlent souvent de mécanismes complexes en plusieurs étapes, et l'ordre zéro se produit lorsque la vitesse est limitée par autre chose que la concentration du réactif, comme une surface de catalyseur saturée, de sorte que la vitesse reste constante jusqu'à ce qu'un réactif soit presque épuisé.

Pourquoi la demi-vie d'une réaction de premier ordre est-elle indépendante de la concentration ?

Pour la cinétique de premier ordre, la vitesse est directement proportionnelle à la concentration, de sorte que la diminution fractionnaire par unité de temps est constante ; le temps nécessaire pour diminuer de moitié est donc le même quelle que soit la quantité initiale, c'est pourquoi la désintégration radioactive a une demi-vie fixe.