\documentclass[10pt,a4paper]{article}

\usepackage{agrphy}

\title{LC07 Cinétique et catalyse}
\date{\today}

\begin{document}

\titre{MONNET Benjamin}{}{}{}



\subsection*{Niveau : L3}



\subsection*{Commentaires du jury}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.8]{Programmes.PNG}
\end{center}



\subsection*{Bibliographie}
\begin{tabular}{l}
\textit{Chimie}, \textbf{édition Belin}, programme TS 2012  \\ 
\textit{Physique-Chimie TS}, \textbf{édition Hachette}, Collection Dulaurans-Durupthy p.90
\end{tabular}

\noindent
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}



\subsection*{Prérequis}
\begin{itemize}[label=\ding{226}]
 \item Avancement et tableau d'avancement
 \item Loi de Beer-Lambert
 \item Dosages
 \item Oxydo-réduction
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}
\subsection*{Expériences}
	\begin{itemize}[label=\Coffeecup]
	\item  
	\end{itemize}
\end{minipage}



\tableofcontents
\pagebreak




\section*{Introduction}
On s'est déjà intéresser aux équilibres chimiques, par exemple à l'aide de tableau d'avancements. Néanmoins, on se s'est pas demandé à quelle vitesse les réactions ont, ce qui sera l'objet de cette leçon.


\section{Cinétique des réactions chimiques}
\subsection{Vitesses de réactions}
La cinétique d'une réaction peut être cruciale : pour faire gonfler un airbag, on veut une réaction rapide $2NaN_{3(s)} \rightarrow 2 Na + 3N_{2(g)}$ mais pour ce qui est de la dégradation des aliments, on préfère que ce soit lent.

\manip{\textbf{Mise en évidence du caractère lent ou rapide d'une réaction}

On fait précipiter de l'hydroxyde de Fer II et on oxyde des ions iodures par les ions peroxodisulfate. On note la différence de vitesse entre les deux réactions.
}

\textbf{Définitions :}
\begin{itemize}
 \item Une raction rapide est une réaction qui se fait de manière instantanée à l'échelle humain (l'oeil ne suit pas)
 \item Une réaction lente atteint son état final après plus de plusieurs secondes. La réaction (si elle est visible), peut être vu à l'oeil humain
\end{itemize}

\transition{
Cette caractérisation est quand même très flou... ce serait bien d'avoir quelque chose de plus rigouraux !
}

\subsection{Temps de demi-réaction}
Afin de caractériser un peu mieux la cinétique d'une réaction, on définit le temps de demi-vie :

\textbf{Définition :} Le temps de demi-vie correspond au temps que met la réaction à atteindre un avancement égale à la moitié de l'avancement final.

\begin{center}
\includegraphics[scale=1]{demi_vie.pdf}
\end{center}

\subsection{Facteurs cinétiques}
\textbf{Définition :} un facteur cinétique est un facteur qui influence la vitesse de la réaction.

\begin{itemize}
 \item \textbf{La température :} Afin de déterminer l'influence de la température, faisons une expérience :
 
 \manip{2 tubes à essais content du I$^-$ à 2 températures différentes. On met du $S_2O_8^{-2}$ (peroxodisulfate de potassium) au même moment et on observe.}
L'augmentation de la température a donc l'air d'augmenter la vitesse de la réaction. Et en fait ceci est toujours vrai ! C'est pour cela qu'on met les aliments au frigo : on ralentit grandement la dégradation des aliments. Un ordre de grandeur qui peut être donné rapidement c'est : + 10 degrés $\Rightarrow$ réaction 2 fois plus rapides.
 \item \textbf{La concentration des espèces :}
 \manip{2 tubes à essais content du I$^-$ à 2 concentrations identiques. On met du $S_2O_8^{-2}$ (peroxodisulfate de potassium) au même moment à deux concentrations différentes et on observe.}
 L'augmentation de concentrations des réactifs augmente donc la vitesse de réaction. C'est un résultat général qu'il faut garder en tête.
 \item Dans certaines réactions, l'éclairement peu aussi jouer un rôle.
\end{itemize}

\transition{
On a pas essayé de modifier la composition de notre système pour l'instant. On va donc voir qu'il existe encore une méthode pour accélérer les réactions : utiliser des catalyseurs.
}

\section{Catalyses}
\subsection{Définition}
\textbf{Définition :} un catalyseur est une espèce chimique n'intervenant pas dans l'équation de réaction mais l'accélérant quand même.

\hspace{7mm}

Influence sur le profil réactionnel.

\subsection{Les différents types de catalyseur}
\begin{itemize}
 \item \textbf{Catalyse homogène :} le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase.

\manip{La dismutation de l'eau oxygénée. Lente sans Fe$^{3+}$, rapide avec. On peut mettre en évidence que les ions Fe$^{3+}$ sont bien présents avec de la soude
\[
\begin{array}{c}
2 H_2O_2 \rightarrow 2 H_2O + O_2 \\
H_0O2 + 2Fe^{+3} \rightarrow 2 Fe^{2+} + O_2 + 2H^+ ~~\text{puis}~~ H_2O_2+2H^++2Fe^{2+} \rightarrow 2 Fe^{3+} + 2 H_2O
\end{array}
\]
}

\url{https://www.youtube.com/watch?v=cZkG4Rm64Yk}

 \item \textbf{Catalyse hétérogène :} le catalyseur et les réactifs ne sont pas dans la même phase. Ce qui va permettre d'être au catalyseur plus ou moins performant est la surface de contact entre les deux phases.

\textbf{Exemple :} les pots catalytiques : grille installée en sortie des pots d'échappement des moteurs à combustion. Le pot catalytique améliore la vitesse de transformation du CO, NO$_x$, $H_nC_m$ en gaz inoffensif. (vidéo ?) Des nanoparticules d'or catalyses par exemple la réction $2CO_{(g)}+O_{2(g)} \rightarrow CO_2+H_{2(g)}$
 \item \textbf{Catalyse enzymatique :} Un enzyme est une macro-molécule organique. Les réactifs s'insèrent sur un site de l'enzyme et sous ensuite libérés sous forme de produits.
 
 \textbf{Exemple :} l'apport en sucre pour le corps peut se révéler complexe car il doit être extrait de grosses molécules. Normalement, ces réactions doivent se réaliser à haute température mais la température du corps est fixée. La réaction est en fait catalysée par un enzyme. 
 
 Exemple pour l'eau oxygénée : \url{https://www.youtube.com/watch?v=fHm_Qs3x_VQ}
\end{itemize}


\transition{C'est bien beau tout ça mais on suit comment la réaction, pour par exemple remonter au temps de demi réaction que l'on a introduit plus tôt ?}

\section{Suivi cinétique d'une réaction}
\subsection{Méthodes physiques}
\url{https://www.youtube.com/watch?v=WudNVc2eOS4}

On remonte à une concentration en utilisant les propriétés physiques de la solution. On peut utiliser la conductivité ou la spectroscopie par exemple :

\[
E127 + ClO^- \rightarrow E127F
\]

E127 étant la seule espèce colorée entre les trois, on peut suivre l'évolution de la concentration par spectrophotométrie. On rappelle la loi de Beer-Lambert :
\[
A=k[E127]
\]

\experience{Suivi cinétique de l'erythrosine B (E127)}{Lurin et Grüber p132-140}{2 min}{
\textbf{Matériel :} eau de Javel de concentration en ion hypochlorite connue environ $10^{-1}$M, solution d'E127 de concentration environ $10^{-6}$M,chrono, cuve et pipette.

Deux possibilités :
\begin{itemize}
 \item Verser rapidement un volume d'eau de Jave ldepuis un bécher contenant un volume précis d'E127 : on perd en précision sur la quantité de matière initiale de ClO$^-$ mais on gagne en rapidité pour avoir des mesures d'absorbance le plus tôt possible
 \item On verse moins rapidement l'E127 avec une pipette : on perd en rapidité mais on gagne en précision.
\end{itemize}

On homogénéise le plus rapidement possible et on verse dans le cuve.

\textbf{Faire le blanc avec de l'eau de Javel}
}

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{spectrophotometre.png}
\end{center}

Et hop on remonte au temps de demi-vie.

\subsection{Méthode chimique}
On connait une technique afin de déterminer une concentration : les dosages. Il faut donc réussir à arrêter la réaction au moment voulu. Pour ce faire, on réalise une \textbf{trempe} : on refroidit brutalement la solution pour en diminuer drastiquement la vitesse. On dose ensuite l'espèce d'intérêt.

\section*{Questions}
\begin{center}
\includegraphics[scale=1]{Questions.PNG}
\end{center}

Quelques réponses :
\begin{itemize}
 \item Paul Sabatier, chimiste français, prix nobel 1912 "pour sa méthode d'hydrogénation des composés organiques en présence de métaux finement divisés, ce qui a permis de faire progresser considérablement la chimie organique dans les dernières années"
 \item En 2005, Yves Chauvain "pour leurs travaux sur le développement de la méthode de la métathèse en synthèse organique"
 \item $x_f$ c'est pas toujours $x_max$
 \item Catalyse de Mickaëllis Menten : \url{https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quation_de_Michaelis-Menten}
 \item Contrôle thermo vs cinétique : température et temps de réaction
\end{itemize}

\section*{Remarques}
\begin{itemize}
 \item
\end{itemize}




\end{document}
