vitesse de réaction chimique

La vitesse d’une réaction chimique est un écoulement de quantité de matière en un temps donné (c’est un cas particulier de flux de quantité de matière et le mot vitesse est donc perturbant) Elle dépend de nombreux facteurs (concentration des réactifs, surface de contact entre les molécules des constituants, elle-même dépendant de la pression, de l'activation, de la température, de la présence de catalyseur, de la présence de radiations électromagnétiques (facilitant la brisure des liaisons moléculaires)

Equation aux dimensions structurelles : T-1.N       Symbole E'r       Unité S.I.+ : mol/s

En approximation, c'est  E'r = dq / dt      ou   E'r = dx'.T / dt

où E'r (mol/s)= vitesse d’une réaction chimique

dq(mol)= variation de quantité de matière pendant la réaction

dt(s)= durée de la réaction

x'(mol/K)= variable chimique

T(K)= température

La vitesse de réaction est sous dépendance de la température

Elle est précisée par la  loi d’Arrhénius E'r = Kar .exp(-E* / R*.T)/ T

avec E'r (mol/s)= vitesse d’une réaction chimique

Kar (mol/s)= constante d'Arrhénius (ou facteur de fréquence) qui est un coefficient dimensionnel dépendant un peu de la température (en T3/2) et aussi de la charge molaire

exp = exponentielle

R*(J/K-mol)= constante molaire des gaz (8,314472 J/K-mol)

T(K)= température absolue

E*(J/mol)= potentiel chimique d’activation (énergie molaire minimale pour produire une transformation physico-chimique)

Les valeurs usuelles de E* vont de 4 à 13.104 J/mol

Les réactions chimiques les plus rapides sont celles où les E* sont les plus faibles

En pratique, la vitesse d'une réaction est doublée (voire même triplée) pour une élévation de température de 10 degrés

 

On trouve aussi la loi d'Arrhénius exprimée sous la forme de l'équation d'Eyring

Kar = v / [A.B] soit la vitesse divisée par la concentration molaire volumique du corps (exprimée souvent en mol/l unité qui vaut 1000 mol/m3)

 

-vitesse volumique de réaction chimique

Notion utilisée pour une réaction qui se déroule dans un volume V constant.

C'est donc (E'r / V) et est exprimé en mol / s-m3

 

-vitesse de réaction dans le vivant

L'équation de Michaelis-Menten régit la vitesse de réaction enzymatique dans un substrat organique (le substrat étant la substance où se déroule la réaction et où la protéine-enzyme joue un rôle catalytique)

vi = (vimax.B') / (B'M+ B')

où vi(mol/s)= vitesse de réaction en l'absence d'enzyme

vimax(mol/s)= vitesse de réaction maximale en présence d'enzyme

B'(mol/m3)= concentration molaire volumique du substrat

B'M(mol/m3)= concentration molaire volumique spécifique de l'enzyme,dite "constante de Michaelis" et qui correspond à la vitesse une réaction de vimax / 2