Cinétique chimique, vitesse et temps de demi-réaction

Objectifs du parcours

Ce que tu vas savoir faire

Choisir un suivi temporel adapté.
Relier une grandeur mesurée à l'avancement.
Déterminer une vitesse volumique par pente.
Lire un temps de demi-réaction.
Interpréter température, concentration et catalyse.
Tester une loi d'ordre 1 sans la supposer.

Le chapitre en bref

On suit une transformation en mesurant au cours du temps une grandeur reliée à la composition : absorbance, conductivité, pression, volume de gaz ou concentration. L'avancement x(t) tend vers une valeur finale xf. La vitesse volumique s'écrit $v=(\frac{1}{V}) \frac{dx}{dt}$ ; graphiquement, elle est liée à la pente de la tangente à x(t). Le temps de demi-réaction t1/2 vérifie $x(\frac{t_{1}}{₂})= \frac{x_{f}}{2}$ . Température, concentration initiale et catalyse peuvent modifier la vitesse. Pour une cinétique d'ordre 1 en un réactif A, $[A](t)=[A]₀e^(−kt)$ et $\frac{t_{1}}{₂} =ln(2)/k$ .

1. Quelle grandeur peut suivre la transformation ?

La grandeur choisie doit varier avec la composition et être mesurable sans perturber excessivement le système. Une absorbance convient si une espèce colorée participe ; une pression ou un volume peut suivre un gaz ; une conductivité renseigne sur l'ensemble des ions.

Une mesure brute n'est pas encore un avancement. Il faut établir la relation entre le signal et une concentration, puis utiliser les coefficients de l'équation pour obtenir x(t). Les conditions de température, volume et étalonnage doivent rester explicites.

Un prélèvement suivi d'un dosage est possible, mais il faut alors arrêter ou ralentir la transformation dans l'échantillon avant l'analyse.

2. Comment lire la courbe x(t) ?

À l'instant initial, x vaut généralement zéro pour l'équation choisie. Puis x augmente jusqu'à xf si la transformation avance dans le sens direct. Le plateau indique que la composition macroscopique n'évolue plus de façon mesurable dans les conditions étudiées.

Le plateau ne prouve pas automatiquement que le réactif limitant est entièrement consommé. Une transformation peut atteindre un état d'équilibre avec xf inférieur à xmax. Comparer xf et xmax distingue avancement final et avancement maximal.

Deux courbes qui atteignent le même xf à des rythmes différents décrivent la même transformation finale mais des cinétiques différentes.

3. Comment déterminer une vitesse ?

La vitesse volumique instantanée est $v=(\frac{1}{V}) \frac{dx}{dt}$ pour un volume V constant. Sur x(t), dx/dt est le coefficient directeur de la tangente à la date considérée. Une pente forte correspond à une transformation rapide à cet instant.

Une vitesse moyenne utilise une sécante entre deux dates ; elle ne doit pas être confondue avec la tangente. Au cours de nombreuses transformations, la pente diminue parce que les réactifs se raréfient, mais cette allure doit être observée et non imposée.

L'unité de v est mol·L⁻¹·s⁻¹ si x est en moles, V en litres et t en secondes.

4. Que mesure le temps de demi-réaction ?

Le temps de demi-réaction est la date à laquelle l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale : $x(\frac{t_{1}}{₂})= \frac{x_{f}}{2}$ . On part donc de xf observé ou déterminé, pas automatiquement de xmax.

Plus t1/2 est court, plus la transformation est rapide dans les conditions comparées. La comparaison n'est pertinente que si la même transformation et un critère final comparable sont utilisés.

Pour une loi d'ordre 1, t1/2 ne dépend pas de la concentration initiale du réactif suivi ; cette propriété devient un test, pas une définition générale.

5. Comment température, concentration et catalyse agissent-elles ?

Une température plus élevée accroît généralement la proportion de rencontres efficaces et accélère la transformation. Une concentration initiale plus grande augmente la fréquence des rencontres entre entités pour de nombreux mécanismes, mais l'effet exact dépend de la loi de vitesse.

Un catalyseur propose un chemin réactionnel plus rapide et est régénéré au terme du mécanisme. Il modifie la durée nécessaire pour atteindre l'état final, pas la constante d'équilibre ni la composition d'équilibre à température fixée.

Comparer deux expériences exige de ne faire varier qu'un facteur pertinent ou de documenter les autres. Sinon, l'effet observé ne peut pas être attribué sans ambiguïté.

6. Comment tester une loi d'ordre 1 ?

Pour une disparition d'ordre 1 de A, $\frac{d[A]}{dt} =−k[A$ ]. L'intégration donne $[A](t)=[A]₀e^(−kt)$ . La concentration est divisée par deux après chaque durée t1/2 constante.

On peut tester le modèle en traçant $ln([A])$ en fonction du temps : une droite de pente −k soutient l'ordre 1 sur le domaine étudié. Un alignement imparfait ou limité impose de discuter les mesures et le domaine, pas de forcer la droite.

La constante k s'exprime en s⁻¹ pour un ordre 1 et $\frac{t_{1}}{₂} =ln(2)/k$ . Le modèle doit rester relié à la transformation et à l'espèce effectivement suivie.

Erreurs fréquentes

L'essentiel à mémoriser

Le suivi convertit un signal en composition puis en avancement.
xf et xmax sont deux grandeurs distinctes.
La pente de x(t) donne une vitesse.
t1/2 correspond à xf/2.
Un catalyseur modifie la vitesse, pas l'équilibre.
L'ordre 1 se teste et conduit à t1/2 = ln(2)/k.

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Sources et traçabilité

Dernière vérification : 2026-08-12

Programme de l'enseignement de spécialité de physique-chimie de la classe terminale, Ministère de l'Éducation nationale, consulté le 2026-08-12.
Programmes et ressources en physique-chimie - voie générale et technologique, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
Modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation chimique, Éduscol, consulté le 2026-08-12.
Rate of reaction, IUPAC Gold Book, consulté le 2026-08-12.
Le Système international d'unités, 9e édition, Bureau international des poids et mesures, consulté le 2026-08-12.

Une courbe temporelle raconte à la fois l'avancement et la vitesse