Si l'équilibre chimique détermine la « limite » d'une réaction, alorsla vitesse de la réaction chimiqueelle détermine sa « rapidité ». À un niveau macroscopique, la vitesse est le pont entre les observations expérimentales et les modèles théoriques. Dans certaines conditions, la rapidité de la réaction est généralement exprimée par la diminution de la concentration des réactifs ou l'augmentation de celle des produits par unité de temps.
Expression mathématique fondamentale
Pour une réaction générale $mA + nB = pC + qD$, l'expression de la vitesse suit la proportionnalité des coefficients stœchiométriques :
- Formule de base: $v = \frac{\Delta c}{\Delta t}$.
- Relation entre réactifs et produits: $v(A) = -\frac{\Delta c(A)}{\Delta t}$, $v(C) = \frac{\Delta c(C)}{\Delta t}$.
- Loi de proportionnalité: $\frac{v(A)}{m} = \frac{v(B)}{n} = \frac{v(C)}{p} = \frac{v(D)}{q}$.
Exemples de réactions industrielles et organiques
Dans les processus industriels complexes ou les synthèses organiques, la mesure précise de la vitesse est essentielle :
- Synthèse de l'ammoniac: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Si la concentration de $N_2$ passe de 0,8 à 0,7 mol/L en 5 minutes, alors sa vitesse $v(N_2) = 0,02 \text{ mol}/(\text{L} \cdot \text{min})$.
- Transformation organique: Réaction de déshydratation du γ-hydroxybutyrique en lactone γ-butyrolactone : $HOCH_2CH_2CH_2COOH \xrightarrow{H^+ / \Delta} \text{Lactone} + H_2O$.
- Traitement environnemental: $2\text{NO}(\text{g}) + 2\text{CO}(\text{g}) = \text{N}_2(\text{g}) + 2\text{CO}_2(\text{g})$, la vitesse est déduite par surveillance des variations de pression dans le cylindre.
Avertissement thermodynamique
Bien que cette section traite de la « rapidité » d'une réaction, n'oubliez pas les limites thermodynamiques : lorsque $\Delta H > 0$ et $\Delta S < 0$, la réaction ne peut jamais être spontanée à aucune température, donc étudier sa vitesse n'a pas de sens pratique.