Cours Cinétique Chimique et Catalyse
La cinétique chimique poursuit trois buts : ➀ la mesure des vitesses de réaction dans divers types de réacteurs ➁ la recherche des facteurs pouvant influer sur la vitesse : pression, température, composition, force ionique, permittivité du milieu… Cette étude systématique conduit à l'écriture de la loi de vitesse, fonction mathématique reliant la vitesse aux paramètres précédents ➂ enfin l'élaboration des mécanismes réactionnels représentant, de façon détaillée, la façon dont les molécules se réarrangent lors d'une réaction chimique globale. Lorsque celle-ci se révèle trop complexe, on se contente d'un mécanisme simplifié où ne figurent plus toutes les étapes élémentaires ni les intermédiaires très réactifs ; on parle alors de schéma réactionnel, ou schéma de filiation des réactifs et produits. Il est important de noter dès maintenant que l'approche cinétique permet de rejeter un mécanisme donné parce qu'il est incompatible (cinétiquement parlant) avec les résultats expérimentaux ; en revanche la cinétique ne permet pas d'affirmer, avec certitude, que tel autre mécanisme est le mécanisme de la réaction étudiée. L'expérience montre, en effet, que plusieurs mécanismes différents peuvent conduire à des lois de vitesse identiques, compatibles avec les résultats expérimentaux. Très souvent, d'ailleurs, la précision insuffisante des expériences ne permet pas de distinguer entre des formulations de lois de vitesse très voisines. Seules des investigations plus poussées (par exemple détection d'intermédiaires très réactifs) peuvent, parfois, lever l'ambiguïté. Le cinétique doit donc faire preuve d'une grande réserve lorsqu'il propose un mécanisme réactionnel… La cinétique chimique fait appel : à la connaissance de la structure des atomes et molécules et à celle des liaisons chimiques (spectroscopies, mécanique quantique) à la thermodynamique classique (relations entre thermodynamique et cinétique pour deux processus élémentaires inverses l'un de l'autre) et à la thermodynamique statistique (théories de vitesse). La cinétique représente, en quelque sorte, l'aboutissement de nos connaissances sur la réaction chimique. C'est une science récente, beaucoup moins élaborée que ne l'est la thermodynamique parce qu'infiniment plus difficile. Malgré l'apport de quelques théories (surfaces d'énergie potentielle, théories de vitesse, théories des réactions unimoléculaires), elle reste une science éminemment expérimentale et donc faiblement prédictive. Son importance, tant fondamentale que pratique, n'en est pas moins grande comme nous le montrerons dans cet ouvrage.
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