Loi de vitesse pour les réactions non élémentaires

Comme expliqué dans le texte Loi de la vitesse des réactions chimiques, l'équation utilisée pour représenter la loi de la vitesse d'une réaction est donnée par le produit de la constante caractéristique de la réaction à une température donnée et les concentrations des réactifs portées à leurs valeurs respectives exposants: v = k. [LES]^α. [B]^β.

Voir un exemple :

2NON_(g) → N₂O_2(g)

L'équation de la vitesse de cette réaction est donnée par: v = k. [AU]².

Cela signifie-t-il que dans tous les cas l'exposant de la concentration du réactif sera exactement égal à son coefficient dans la réaction ?

Ne pas. Cela ne s'est produit que dans ce cas car il s'agit d'une réaction élémentaire, c'est-à-dire d'une réaction qui se déroule en une seule étape, sans composés intermédiaires. Dans les cas où la réaction n'est pas élémentaire, les exposants doivent être déterminés expérimentalement.Mais comment est-ce que c'est fait? Et comment savoir si la réaction est élémentaire ou non ?

Eh bien, considérons une autre réaction :

CO + NON₂ → CO₂ + NON

Disons qu'un scientifique a effectué cette réaction plusieurs fois, en modifiant la concentration des réactifs de différentes manières mais en maintenant la température constante. Il a obtenu les données suivantes :

A noter que de la première à la deuxième étape, il a doublé la concentration en CO, ce qui n'a pas modifié la vitesse de réaction.

Par conséquent, l'exposant de cette substance est nul. Étant donné que tout nombre élevé à zéro est égal à 1, le CO ne participe pas à l'équation de la vitesse de réaction.

Maintenant, voyez que de la 2ème expérience à la 3ème la concentration de NO a doublé₂, ce qui a fait quadrupler la vitesse de réaction.

Ainsi, l'exposant de la concentration de cette substance dans l'équation de la vitesse des réactions est égal à 2 (4/2).

De cette façon, nous découvrons quelle est l'équation de la vitesse de cette réaction: v = k. [AU₂]².

Notez que dans ce cas, l'exposant dans l'équation n'était pas égal au coefficient dans la réaction. On peut donc conclure que cette réaction n'est pas élémentaire. Après avoir vérifié expérimentalement la loi de la vitesse, le scientifique devrait alors proposer un mécanisme qui a expliqué cette réaction, c'est-à-dire qu'elle devrait proposer un ensemble d'étapes cohérentes avec les données expérimentales de cette traiter.

Le mécanisme suivant a été proposé :

Étape 1 (lent):  AU_2(g) + NON_2(g) → NON_3(g) + NON_(g)
Étape 2 (rapide) :AU_3(g) + CO_(g) → CO_2(g) + NON_2(g)

Équation globale :CO + NON₂ → CO₂ + NON

Voir que la loi de la vitesse expérimentale coïncide avec le pas le plus lent :

v_global = v_{pas lent}

k. [AU₂]² = k. [AU₂]. [AU₂]

Cela nous montre que, dans tout mécanisme, le stade qui détermine la vitesse de développement d'une réaction sera toujours le pas lent, c'est-à-dire que la vitesse de développement de la réaction globale ne sera proportionnelle qu'aux concentrations des réactifs ayant participé à l'étape lente.

Il est important de déterminer correctement ces exposants car ce sont eux qui indiqueront l'ordre de la réaction.

Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm