Techniques du suivi temporel d’une transformation chimique

Pour suivre l’évolution temporelle d’une transformation chimique, il faut connaitre son avancement x à chaque instant en déterminant la quantité de matière d'un réactif ou d'un produit à différents instants successifs.

Méthodes physiques

Avantages des méthodes physiques

Parmi les avantages des méthodes physiques, on trouve :
Ces méthodes ne perturbent pas le système réactionnel.
Elles ne nécessitent pas de prise d’échantillons.
Elles sont rapides.
Elles nécessitent de faibles quantités de matière.

Méthodes Chimiques

Les inconvénients des méthodes chimiques

Parmi les inconvénients de la méthode chimique, on trouve :
Cette méthode est destructive, puisque l’étude est réalisée sur des échantillons prélevés au milieu réactionnel
Elle nécessite des prises d’échantillons
Elle nécessite de grandes quantités de matière

Suivi temporel d’une transformation chimique – vitesse de réaction

Vitesse volumique d’une réaction chimique

Détermination graphique de la vitesse volumique

Etape 1

Tracer la courbe de l'avancement en fonction du temps x=f(t).

Etape 2

Déterminer graphiquement la dérivée de l'avancement par rapport au temps à l'instant t $\frac{d x ( t )}{d t}$ : tel que $\frac{d x ( t )}{d t}$ représente la pente de la tangente au point choisie.

Pour déterminer la pente $\frac{d x ( t )}{d t}$ il faut :
Tracer la tangente à la courbe à la date t choisie.
Prendre 2 points A et B très éloignés (pour plus de précision)
Calculer la dérivée c à dire la pente de la tangente
$\frac{dx}{dt} = \frac{x _{A} - x _{B}}{t _{A} - t _{B}}$

Etape 3

Diviser la valeur obtenue de $\frac{d x}{d t}$ par le volume total de solution V pour obtenir la vitesse volumique à l'instant t

En règle générale la vitesse d'une transformation chimique diminue au fur et à mesure que l'avancement augmente, ceci est dû à la diminution de la quantité de réactifs dans le milieu réactionnel (et donc de la probabilité de rencontre des réactifs entre eux)

Temps de demi-réaction $t_{1/2}$

Détermination graphique du temps de demi-réaction $t_{1/2}$

A partir de la courbe de l'avancement x en fonction du temps :

On mesure l'avancement final de la réaction $: X_{f} = 10 mmol$
On positionne sur la courbe le point M d'ordonné $\frac{X _{f}}{2} = 5 mmol$
L'abscisse du point M est le temps de demi-réaction $t_{1/2} = 17 s$

Intérêt du temps de demi-réaction

Ce temps de demi-réaction nous donne une indication sur la vitesse moyenne d’une transformation. Il va aussi nous permettre de choisir la méthode à utiliser pour le suivi d’une certaine transformation :
- Si $t_{1/2}$ est trop faible (vitesse grande) il est impossible d’utiliser une technique de titrage car l’exécution de cette technique nécessite une certaine durée.
- On dit qu’une méthode de mesure est adaptée pour suivre une transformation si la durée de la mesure est au moins dix fois inférieure au temps de demi-réaction de la transformation.

Techniques du suivi temporel d’une transformation chimique

Méthodes physiques

Avantages des méthodes physiques

Méthodes Chimiques

Les inconvénients des méthodes chimiques

Suivi temporel d’une transformation chimique – vitesse de réaction

Vitesse volumique d’une réaction chimique

Détermination graphique de la vitesse volumique

Etape 1

Etape 2

Etape 3

Temps de demi-réaction t1/2​

Détermination graphique du temps de demi-réaction t1/2​

Intérêt du temps de demi-réaction

Temps de demi-réaction $t_{1/2}$

Détermination graphique du temps de demi-réaction $t_{1/2}$