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Vidéo de la leçon : Effets de la température et de la concentration sur la vitesse des réactions Sciences

Dans cette leçon, nous allons apprendre comment décrire et expliquer l’effet de la température et de la concentration sur la vitesse des réactions chimiques.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire et à expliquer l’effet de la température et de la concentration sur la vitesse des réactions chimiques.

Au cours d'une réaction chimique, les réactifs sont transformés en produits. Au fur et à mesure que la réaction se déroule, la concentration en réactifs diminue, alors que la concentration en produits augmente. La vitesse de réaction mesure la variation de la concentration, de la masse ou du volume des réactifs ou des produits par unité de temps. Elle représente donc la vitesse à laquelle se déroule une réaction chimique.

Sur un graphique de la concentration en fonction du temps, les lignes représentent la vitesse de réaction. Plus la ligne est abrupte, plus la vitesse de réaction est rapide. La vitesse de réaction dépend en partie du nombre de collisions entre les particules. Pour que deux particules réagissent, elles doivent entrer en collision avec une certaine quantité d’énergie. Plus le nombre de collisions est élevé, plus la réaction est susceptible de se produire et plus la vitesse de réaction augmente. Dans cette vidéo, nous allons nous concentrer sur deux facteurs qui peuvent augmenter le nombre de collisions entre les particules et, par conséquent, augmenter la vitesse de réaction.

Commençons par la température. Lorsque nous augmentons la température d’une substance, les particules gagnent de l’énergie et se déplacent plus rapidement. Plus les particules se déplacent rapidement, plus elles ont de chances d'entrer en collision. L'augmentation de la température entraîne alors une augmentation du nombre de collisions entre les particules. À mesure que le nombre de collisions augmente, la vitesse de réaction augmente aussi. L'augmentation de la température entraîne donc l'augmentation de la vitesse de réaction. Voyons comment nous pouvons prouver la véracité de cette affirmation à l'aide d'une expérience.

Dans le cadre de cette expérience, nous allons déposer un comprimé effervescent dans l’eau. Lorsque le comprimé réagit avec l’eau, du dioxyde de carbone gazeux est produit. Nous pouvons mesurer le volume de dioxyde de carbone produit en utilisant une seringue à gaz. Nous réaliserons cette expérience avec de l’eau à température ambiante et de l’eau bouillante. Nous serons en mesure de constater que l’expérience utilisant de l’eau bouillante produit des bulles plus rapidement, que la seringue à gaz se remplit plus rapidement et que le comprimé se dissout plus rapidement que lors de l’expérience utilisant de l’eau à température ambiante. Tous ces éléments indiquent que la vitesse de réaction est plus rapide lorsque la température est plus élevée. Éventuellement, les deux comprimés seront complètement dissouts, les réactions se termineront et le même volume de gaz sera produit.

Analysons maintenant les résultats de ces deux expériences. Nous pouvons constater sur ces graphiques que la ligne correspond à l’expérience avec l’eau bouillante est, au départ, plus abrupte que celle correspondant à l’expérience avec l’eau à température ambiante. La vitesse de réaction est donc plus rapide en utilisant de l’eau bouillante. Bien que la réaction soit plus rapide dans l’eau bouillante que dans l’eau à température ambiante, nous pouvons également constater que les deux réactions ont produit le même volume de gaz.

Dans notre vie quotidienne, nous retirons certains avantages de l’effet de la température sur la vitesse de réaction. Par exemple, nous entreposons nos aliments au réfrigérateur, où la température plus basse ralentit les réactions chimiques susceptibles d'altérer la nourriture, ce qui fait en sorte qu'elle se conserve plus longtemps. Lorsque nous cuisons un œuf, nous pouvons augmenter la température afin d'augmenter la vitesse des réactions qui provoquent sa cuisson, ce qui nous permet de le faire cuire plus rapidement.

Maintenant que nous avons examiné comment la température affecte la vitesse de réaction, passons à la concentration. La concentration est une mesure de la quantité d’une substance dans un volume particulier. L’augmentation de la concentration signifie que le même volume contiendra une plus grande quantité de la substance. Nous pourrions affirmer que cette substance est concentrée. À l'inverse, la diminution de la concentration signifie que le même volume contiendra une moins grande quantité de la substance. Nous pourrions affirmer que cette substance est diluée.

Alors, comment la concentration affecte-t-elle la vitesse de réaction ? Considérons une réaction entre des particules orange et roses. Nous savons que les particules doivent entrer en collision avec la quantité d’énergie appropriée pour produire une réaction. Il y a donc des occasions où les particules entrent en collision sans réagir entre elles. Si nous augmentons la concentration en particules roses, il y aura alors davantage de particules roses disponibles pour entrer en collision avec les particules orange. Le nombre de collisions augmentera tout comme les chances d'obtenir une collision efficace permettant de former le produit, ce qui signifie que l'augmentation de la concentration entraînera une augmentation de la vitesse de réaction. Voyons comment nous pouvons prouver la véracité de cette affirmation à l'aide d'une expérience.

Dans le cadre de cette expérience, nous allons faire brûler de la laine de fer, également appelée laine d’acier. Lorsque la laine de fer est brûlée, le fer réagit avec l’oxygène. Lorsque nous brûlons la laine de fer en utilisant un bec Bunsen, l’oxygène impliqué dans la réaction provient de l’air, qui est composé d’environ 21 pour cent d’oxygène. La laine de fer va brûler relativement lentement. Que se passerait-il si nous augmentions la concentration d’oxygène en plaçant de la laine de fer enflammée dans un ballon contenant 100 pour cent d’oxygène ? La réaction dans 100 pour cent d’oxygène serait plus intense et plus rapide. Nous pourrions observer que la lumière dégagée est plus brillante. De plus, la laine de fer cesserait de brûler plus rapidement que celle brûlée à l'aide d'un bec Bunsen. Ces éléments indiquent que l'augmentation de la concentration entraîne une augmentation de la vitesse de réaction.

Analysons maintenant les résultats d’une expérience différente. Dans le cadre de cette expérience, du magnésium métallique est placé dans un flacon contenant de l’acide chlorhydrique. Lorsque ces deux substances réagissent, l’un des produits est l’hydrogène gazeux. Nous pouvons mesurer le volume d’hydrogène gazeux produit en attachant une seringue à gaz au flacon. Nous pouvons réaliser cette expérience avec de l’acide chlorhydrique dilué et concentré. Nous pourrons constater que l’expérience avec l’acide chlorhydrique concentré produira des bulles plus rapidement, que la seringue à gaz se remplira plus rapidement et que le magnésium sera consommé plus rapidement comparativement à l’expérience avec l’acide chlorhydrique dilué. Tous ces éléments indiquent que la vitesse de réaction est plus rapide lorsque la concentration en acide chlorhydrique utilisée est plus élevée. Éventuellement, le magnésium dans les deux expériences sera entièrement consommé, les réactions se termineront et le même volume d’hydrogène gazeux sera produit.

Analysons les résultats de ces deux expériences. Nous pouvons constater sur ces graphiques que la ligne correspondant à l’expérience avec l’acide chlorhydrique concentré est, au départ, plus abrupte que celle correspondant à l’expérience avec l’acide chlorhydrique dilué. La vitesse de réaction avec l’acide chlorhydrique concentré est donc plus rapide. Bien que la réaction avec l’acide chlorhydrique concentré soit plus rapide, nous pouvons également constater que les deux réactions ont produit le même volume de gaz.

Maintenant que nous avons examiné comment la température et la concentration affectent la vitesse de réaction, mettons ce que nous venons d'apprendre en application afin de répondre à certaines questions.

Chacune des boîtes ci-dessous contient le même nombre de molécules de réactifs. Ces boîtes sont chauffées à différentes températures. Dans quelle boîte les collisions entre les molécules seront-elles les plus fréquentes ?

Deux molécules de réactifs doivent entrer en collision afin de pouvoir réagir entre elles. Plusieurs facteurs peuvent affecter le nombre de collisions entre les molécules de réactifs. Deux de ces facteurs sont la concentration et la température. La concentration est une mesure de la quantité d'une substance présente dans un volume donné. Comme nous pouvons le constater, il est mentionné que chaque boîte contient le même nombre de molécules de réactifs rouges et bleues. La concentration en molécules de réactifs est donc identique dans chaque boîte. Or, la température de chaque boîte est différente.

Examinons cette image des particules orange et roses. À cette température, chaque particule se déplace à une vitesse particulière et des collisions se produisent entre elles. Lorsque nous augmentons la température, les particules gagnent de l’énergie et se déplacent plus rapidement. Plus elles se déplacent rapidement, plus elles sont susceptibles d'entrer en collision. Par conséquent, la fréquence des collisions augmentera, ce qui signifie que la boîte dans laquelle les collisions entre les molécules sont les plus fréquentes est celle qui a la température la plus élevée. La boîte (D) à 80 degrés est celle qui a la température la plus élevée et qui aura donc les collisions les plus fréquentes. La bonne réponse est donc (D).

Un chimiste réalise une série d’expériences afin de déterminer l’effet de la concentration sur la vitesse d’une réaction. Il verse une quantité égale d’acide chlorhydrique à différentes concentrations dans quatre tubes à essai. Il dépose ensuite un morceau de ruban de magnésium identique dans chacun des tubes à essai. Le montage expérimental est illustré ci-dessous. Du plus lent au plus rapide, quel est l’ordre le plus probable pour la vitesse de réaction de ces quatre expériences ? (A) A, C, D, B. (B) B, C, A, D. (C) C, D, B, A. (D) D, C, A, B. Ou (E) C, A, B, D.

Dans chacun des tubes à essai, un morceau de ruban de magnésium identique est immergé dans le même volume d’acide chlorhydrique. Les tubes à essai diffèrent par la concentration en acide chlorhydrique utilisée, qui est donnée ici en moles par litre. La concentration est une mesure de la quantité d'une substance présente dans un volume donné. Nous devons déterminer comment les différentes concentrations en acide chlorhydrique dans chacun des tubes à essai affecteront la vitesse de réaction. Libérons de l’espace en haut de l’écran.

La vitesse d’une réaction mesure la variation de la concentration, de la masse ou du volume des réactifs ou des produits par unité de temps. Il s'agit en fait de la vitesse d’une réaction chimique. Pour qu’une réaction chimique entre deux particules se produise, ces dernières doivent entrer en collision avec une certaine quantité d’énergie, ce qui signifie que certaines collisions ne produiront pas de réaction. Toutefois, si nous pouvons augmenter le nombre total de collisions, nous pouvons augmenter les chances qu’une réaction se produise, ce qui augmente ainsi la vitesse de réaction.

Alors, comment la variation de la concentration affecte-t-elle la vitesse de réaction ? Considérons l’échantillon de particules roses et orange. Ces particules auront un certain nombre de collisions les unes avec les autres. L’augmentation de la concentration en particules roses signifie qu’il y aura davantage de particules roses disponibles pour entrer en collision avec les particules orange. Le nombre de collisions augmentera, tout comme la vitesse de réaction. L'augmentation de la concentration entraînera donc l'augmentation de la vitesse de réaction.

Nous devons classer les expériences de la plus lente à la plus rapide. Si l’augmentation de la concentration entraîne l'augmentation de la vitesse de réaction, nous devons alors classer les expériences en ordre de la plus faible à la plus forte concentration. À 0,1 mole par litre, (B) a la plus faible concentration, suivie de (C), puis de (A), puis de (D), avec la plus forte concentration à 5,0 moles par litre. La réponse appropriée pour l’ordre le plus probable en termes de vitesse de réaction de la plus lente à la plus rapide pour les quatre expériences est donc le choix de réponse (B), soit B, C, A, D.

Terminons maintenant cette vidéo en récapitulant ce que nous venons d'apprendre. La vitesse d’une réaction mesure la variation de la concentration, de la masse ou du volume des réactifs ou des produits par unité de temps. Il s'agit de la vitesse d’une réaction chimique. Les particules de réactifs doivent entrer en collision les unes avec les autres pour qu’une réaction chimique se produise. En général, plus le nombre de collisions entre les particules de réactifs augmente, plus la vitesse de réaction augmente.

À mesure que la température augmente, les particules gagnent davantage d’énergie et le nombre de collisions augmente, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de réaction. Nous avons discuté de la façon dont les comprimés effervescents réagissent plus rapidement dans l’eau plus chaude comparativement à l’eau plus froide.

L’augmentation de la concentration entraîne une augmentation du nombre de particules présentes et, par conséquent, une augmentation du nombre de collisions, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de réaction. Nous avons constaté comment la laine de fer brûle plus rapidement dans l’oxygène pur que dans l’air, car la concentration en oxygène est plus faible dans l’air. Finalement, nous avons également constaté que le magnésium réagit plus rapidement avec l’acide chlorhydrique concentré qu’avec l’acide chlorhydrique dilué.

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