Constante de vitesse

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Dans la cinétique chimique, la constante de vitesse (ou le coefficient de vitesse) k est une mesure de la vitesse d'une réaction chimique.

Pour une réaction élémentaire ou une étape élémentaire entre les réactifs A et B, la vitesse de réaction dépend des concentrations.

r = k(T)[A]^{m}[B]^{n}

Ici la constante de proportionnalité k(T) est la constante de vitesse de la réaction, qui dépend de la température. [A] et [B] sont les concentrations de A et B.

Les exposants m et n sont dits les ordres partiels de réaction. Ils dépendent du mécanisme réactionnel et peuvent être déterminés expérimentalement.

Unités[modifier | modifier le code]

Les unités de la constante de vitesse dépendent de l'ordre de la réaction globale. Si les concentrations sont exprimées en mol·L−1 (souvent abrégé M), alors :

  • pour l'ordre (m + n), la constante de vitesse possède les unités mol1−(m+n)·L(m+n)−1·s−1 ;
  • pour une réaction d'ordre zéro, la constante de vitesse possède les unités mol·L−1·s−1 (ou M·s−1) ;
  • pour une réaction de premier ordre, la constante de vitesse possède les unités s−1 ;
  • pour une réaction de deuxième ordre, les unités sont L·mol−1·s−1 (ou M−1·s−1) ;
  • et pour le troisième ordre, les unités sont L2·mol−2·s−1 (ou M−2·s−1).

Dépendance de la température[modifier | modifier le code]

Le coefficient de vitesse est dit constante de vitesse parce qu'il est indépendant des concentrations des réactifs. Cependant il varie en fonction de la température (T), normalement selon la loi d'Arrhenius.

k = Ae^\frac{-E_\mathrm a}{RT}

Ici Ea est l'énergie d'activation et R est la constante universelle des gaz parfaits. À température T, la fonction exponentielle ici représente la fraction des collisions moléculaires qui possèdent une énergie supérieure à Ea selon la distribution de Boltzmann, de sorte que les molécules ont assez d'énergie pour réagir. A est dit le facteur pré-exponentiel ou bien le facteur de fréquence.