La cinétique chimique étudie la vitesse des réactions chimiques et les facteurs qui l'influencent. Elle permet de contrôler et d'optimiser les réactions industrielles et biologiques.
Une réaction d'oxydoréduction implique un transfert d'électrons entre deux espèces : l'oxydant (accepte des électrons) et le réducteur (donne des électrons). Chaque couple oxydant/réducteur est noté Ox/Red : l'oxydant gagne n électrons pour donner le réducteur. Equation demi-réaction : Ox + n e⁻ ⇌ Red. L'équation bilan s'obtient en combinant les deux demi-réactions de façon à annuler les électrons. Les facteurs cinétiques qui influencent la vitesse de réaction sont : la concentration des réactifs (vitesse augmente avec la concentration), la température (vitesse augmente fortement avec T : une augmentation de 10°C environ double la vitesse), la présence d'un catalyseur (accélère la réaction sans être consommé), et l'état de division (surface de contact plus grande → réaction plus rapide).
La vitesse volumique de réaction est définie comme la variation de la concentration d'un réactif (ou produit) par unité de temps, divisée par le coefficient stœchiométrique : v = -(1/a) × d[A]/dt = +(1/b) × d[B]/dt (pour aA → bB). L'unité est mol·L⁻¹·s⁻¹. Graphiquement, v est la valeur absolue de la pente de la courbe [A](t) ou [B](t). Elle est maximale au début et diminue au cours de la réaction. Le temps de demi-réaction t₁/₂ est la durée au bout de laquelle [A] = [A]₀/2 : il est plus court si v est plus grande. Le suivi cinétique se fait par : conductimétrie, spectrométrie (mesure de l'absorbance), pH-métrie, titrage à intervalles réguliers (trempe, puis titrage).
Un titrage est une procédure permettant de déterminer la concentration d'une espèce (titrée) en la faisant réagir avec une solution de concentration connue (titrante). L'équivalence est atteinte quand les quantités de matière des réactifs sont dans les proportions stœchiométriques. À l'équivalence : n(titrée)/coeff. = n(titrante)/coeff. On peut repérer l'équivalence par : changement de couleur d'un indicateur coloré, saut de pH (suivi pHmétrique), saut de conductivité. Le tableau d'avancement permet de calculer les concentrations à tout instant et à l'équivalence. L'exploitation d'une courbe de titrage : repérer le point d'équivalence (milieu du saut de pH, intersection des droites de conductivité), lire V_équivalence, puis calculer C_inconnue.
À l'échelle microscopique, une réaction se produit par des chocs entre molécules réactives. Tous les chocs ne sont pas efficaces : seuls les chocs ayant une énergie supérieure à l'énergie d'activation E_a et avec une orientation favorable conduisent à la réaction. La vitesse de réaction dépend donc du nombre de chocs efficaces par unité de temps. L'augmentation de la concentration augmente le nombre de chocs. L'augmentation de la température augmente l'agitation thermique, donc l'énergie moyenne des molécules et le pourcentage de chocs efficaces. Un catalyseur abaisse l'énergie d'activation E_a, augmentant ainsi le nombre de chocs efficaces sans modifier ni les réactifs ni les produits ni l'état d'équilibre.
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n(KMnO₄) = 0,02 × 25×10⁻³ = 5×10⁻⁴ mol. Rapport stœchiométrique : 2 mol KMnO₄ ↔ 5 mol H₂O₂. n(H₂O₂) = (5/2) × 5×10⁻⁴ = 1,25×10⁻³ mol. C(H₂O₂) = 1,25×10⁻³ / 20×10⁻³ = 0,0625 mol/L.
v_moy = Δ[P]/Δt = (0,15 − 0,10)/(2×60) = 0,05/120 ≈ 4,17×10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹.