Cours de Cinétique et catalyse PDF (SMC S5) Gratuit

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Présentation du Cours Cinétique et catalyse

Introduction

La description complète d’une telle transformation nécessite trois volets, dont deux ne dépendent que des états initial et final (l’aspect quantitatif et l’aspect thermodynamique) alors que le troisième nécessite la connaissance du mécanisme réactionnel, c’est l’aspect dynamique ou cinétique.

Cinétique chimique : étude des vitesses des réactions, des facteurs qui influent sur celles-ci, et de la séquence des évènements moléculaires, appelée mécanisme réactionnel, selon laquelle les réactions se déroulent.

Qualitativement, on remarque qu’il existe :

• des réactions « rapides » : par exemple les réactions de dosage
• et des réactions très « lentes » : oxydation de la plupart des métaux à l’air, transformation du carbone diamant en carbone graphite, etc.

Pour mieux comprendre, considérons la réaction d’oxydo-réduction des ions I- et H2O2 en milieu acide.

D’après les potentiels redox standards, cette réaction d’oxydoréduction est thermodynamiquement possible.

On réalisant cette expérience, on observe que la coloration brune caractéristique du diiode n’apparait pas immédiatement.

Objectifs de ce cours

• Savoir définir et déterminer les vitesses de disparition d’un réactif et de formation d’un produit
• Savoir définir la vitesse de réaction et la relier aux vitesses de disparition et de formation des différentes espèces
• Connaître l’influence de divers facteurs cinétiques :
  • Savoir définir et déterminer l’ordre d’une réaction chimique, la dégénérescence de l’ordre
  • Loi empirique d’Arrhenius, énergie d’activation
• Savoir exprimer et intégrer la loi de vitesse correspondante pour des ordres simples. Temps de demi-réaction

Plan du Cours

Partie I : CINETIQUE

CHAPITRE 1 : FACTEURS CINETIQUES

1. La vitesse d’une réaction chimique
   1. La réaction chimique et son avancement
   2. Obtention expérimentale des courbes cinétiques et définitions des vitesses
   3. Facteurs cinétiques
2. Le facteur cinétique température, loi d’Arrhenius
3. Le facteur cinétique concentration, détermination expérimentale de l’ordre d’une réaction chimique
   1. Deux situations initiales particulières
   2. La méthode différentielle
   3. La méthode intégrale
   4. La méthode des temps de demi-réaction

CHAPITRE 2 : REACTIONS COMPOSEES

1. Écriture des équations différentielles
   1. Cas général de réactions simultanées
   2. Cas des mécanismes réactionnels : composition d’actes élémentaires
2. Réactions renversables
   1. Écriture des équations différentielles et résolution
   2. Représentation graphique
   3. Établissement d’un équilibre chimique
3. Réactions successives
   1. Écriture des équations différentielles et résolution
   2. Représentation graphique
   3. Étape cinétiquement déterminante (ecd)
   4. Approximation de l’état quasi stationnaire (AEQS)
4. Résolution de problèmes grâce à l’AEQS : l’exemple des réactions en chaîne
   1. Caractéristiques d’une réaction en chaîne
   2. Méthode de résolution d’un mécanisme
5. Réactions jumelles (ou parallèles)
   1. Écriture des équations différentielles
   2. Représentation graphique
   3. Conclusions ; contrôle cinétique et contrôle thermodynamique

CHAPITRE 3- THEORIES CINETIQUES :

1. théorie de collisions
2. théorie du complexe activé
3. Application à la prédiction des paramètres cinétique

PARTIE II : CATALYSE HOMOGENE

1. Introduction et Généralités
2. Catalyse acido-basique
3. Catalyse enzymatique.
   1. Enzymes, généralités
   2. Classes de réaction
   3. Applications en synthèse organique
4. Organocatalyse
   1. Aldolisation
   2. Réaction de Knoevenagel
5. Hydrogénation catalytique
   1. Palladium ou platine supporté
   2. Hydrogénation asymétrique (Ru, Rh)
6. Applications industrielles
   1. Synthèse de l’ammoniac
   2. Réaction de Fischer – Tropsch
   3. Hydroformylation/Hydrocarboxylation
7. Introduction à la Catalyse hétérogène

Travaux Pratiques

• Suivi d’une réaction chimique d’ordre 1 par titrage
• Suivi d’une réaction par spectrofluorescence
• Réaction catalysée. Etude de la cinétique en solution tampon. Détermination d’ordre de réactions et de constantes de vitesses. Cette étude est menée par spectroscopie UV.
• Etude bibliographique d’une réaction de s-complexation.
• Détermination de constantes de vitesse et approche de l’aspect catalytique de cette réaction.

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