التحول الكيميائي والسرعة

Cinétique chimique

Baccalauréat - Sciences

expérimentales

Année scolaire 2026-2027

Cinétique chimique

— Calculer la vitesse moyenne et la vitesse instantanée d’une réaction chimique.

— Déterminer graphiquement la vitesse instantanée à partir de la courbe d’avancement.

— Distinguer la différence entre un catalyseur et un réactif.

— Distinguer entre catalyse homogène et catalyse hétérogène.

— Reconnaître les principaux facteurs cinétiques (concentration, température, catalyse).

1 Transformations lentes et rapides

Une transformation chimique n’est pas instantanée dans tous les cas. On distingue deux grands types

de transformations selon leur durée d’évolution :

Définition : Transformation lente et rapide

— Transformation rapide : C’est une transformation qui se fait en une durée tellement

courte qu’elle ne peut pas être suivie à l’il nu ou avec les instruments de mesure usuels.

L’état final est atteint dès le mélanges des réactifs (ex. : réactions de précipitation,

réactions acido-basiques en solution aqueuse).

— Transformation lente : C’est une transformation qui dure de quelques secondes à

plusieurs heures, voire plusieurs jours. Son suivi temporel est possible à l’échelle humaine

(ex. : oxydation lente du fer par l’oxygène de l’air, réactions d’estérification).

2 Évolution d’un système chimique au cours d’une réaction

2.1 Évolution de l’avancement d’une réaction

Pour étudier quantitativement une transformation chimique lente, on utilise le tableau d’avance-

ment exprimé en mole (ou millimole). L’avancement x(t) représente le nombre de moles de réactifs

consommés ou de produits formés à un instant t donné.

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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

2

4

xf = 4.0 mmol • t

1/2

= 120 s — reference

t (s)

x (mmol)

Fig. 1 : Courbe d’évolution de l’avancement x(t) au cours du temps et temps de demi-réaction t1/2.

Le temps de demi-réaction, noté t1/2, est la durée au bout de laquelle l’avancement x atteint la moitié

de sa valeur finale xf (ou xmax si la réaction est totale) :

x(t1/2) =

xf

2

2.2 Vitesse d’une réaction chimique

Définitions : Vitesses de réaction

— Vitesse moyenne entre les dates t1 et t2 :

vm =

x(t2) − x(t1)

t2 − t1

=

∆x

∆t

Elle s’exprime en mol · s

−1

ou mmol · min

−1

.

— Vitesse instantanée à la date t : C’est la dérivée de l’avancement par rapport au

temps :

v(t) =

dx

dt

Graphiquement, elle correspond au coefficient directeur de la tangente à la courbe x(t)

à la date t.

— Vitesse volumique de réaction à la date t (pour un volume V constant du mélange) :

vvol(t) =

1

V

·

dx

dt

Elle s’exprime en mol · L

−1

· s

−1

(ou mol · L

−1

· min

−1

).

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20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

2

4

xf = 4.0 mmol • t

1/2

= 55 s — temperature elevee

t (s)

x (mmol)

Fig. 2 : Détermination graphique de la vitesse instantanée par traçage de la tangente à la date t.

Exemple d’application 1 : Soit une réaction chimique effectuée dans un volume constant V = 0,2 L.

À partir du suivi temporel, on relève les valeurs de l’avancement x(t). À la date t = 50 s, le coefficient

directeur de la tangente menée à la courbe x(t) est égal à 2,4 × 10

−3

mol · s

−1

. Calculer la vitesse

volumique de la réaction à cette date.

Résolution : La vitesse volumique est définie par :

vvol(50) =

1

V

·

(

dx

dt

)

t=50

En effectuant l’application numérique :

vvol(50) =

1

0,2

× 2,4 × 10

−3

= 5 × (2,4 × 10

−3

) = 1,2 × 10

−2

mol · L

−1

· s

−1

3 Principaux facteurs cinétiques

Un facteur cinétique est un paramètre physique ou chimique qui modifie la vitesse d’évolution d’une

transformation chimique.

3.1 La concentration des réactifs

Plus les concentrations initiales des réactifs sont élevées, plus la vitesse de la réaction est grande au

départ. En effet, la probabilité des chocs efficaces entre les entités réagissantes augmente. Au cours

du temps, les réactifs se consomment, leur concentration diminue, ce qui explique la diminution de

la vitesse de réaction.

3.2 La température

La température est un facteur cinétique très important. Une augmentation de la température du

milieu réactionnel entraîne une augmentation de la vitesse de la réaction. Les entités possèdent

une agitation thermique plus grande, multipliant les chocs efficaces. Une diminution de température

(trempe chimique) permet au contraire de stopper ou de ralentir fortement une réaction.

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3.3 La catalyse

Définition : Catalyseur et types de catalyse

Un catalyseur est une substance chimique qui accélère une réaction chimique sans modifier

l’état d’équilibre final du système. Il ne figure pas dans l’équation bilan car il est régénéré à

la fin de la réaction.

On distingue trois types principaux de catalyse :

— Catalyse homogène : Le catalyseur et les réactifs se trouvent dans la même phase

(généralement en solution aqueuse).

— Catalyse hétérogène : Le catalyseur et les réactifs constituent des phases différentes

(le catalyseur est souvent un solide et les réactifs sont liquides ou gazeux).

— Catalyse enzymatique : La catalyse est assurée par une enzyme (protéine naturelle),

extrêmement spécifique.

Exemple d’application 2 : On étudie la décomposition de l’eau oxygénée à deux températures

différentes et en présence d’ions fer (III). 1. Préciser le rôle des ions fer (III) dans cette transformation.

2. Expliquer l’effet d’une élévation de température sur la durée nécessaire pour consommer la totalité

de l’eau oxygénée.

Résolution : 1. Les ions fer (III) agissent comme un catalyseur homogène ; ils accélèrent la réaction

de dismutation de l’eau oxygénée sans être consommés globalement. 2. Une élévation de température

augmente l’agitation thermique des molécules d’eau oxygénée. La fréquence et l’énergie des chocs

augmentent, ce qui élève la vitesse de réaction. Par conséquent, la durée totale nécessaire pour

consommer tout le réactif est plus courte.

4 L’essentiel du chapitre

Notion clé Expression / Définition

Vitesse moyenne vm =

x(t2) − x(t1)

t2 − t1

(mol · s

−1

)

Vitesse instantanée v(t) =

dx

dt

(pente de la tangente)

Vitesse volumique vvol(t) =

1

V

·

dx

dt

(mol · L

−1

· s

−1

)

Temps de demi-réaction Durée t1/2 telle que x(t1/2) =

xf

2

Facteurs cinétiques Concentration initiale, température, catalyse

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