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Modélisation microscopique
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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


5
Modélisation microscopique





Pour comprendre l’influence des facteurs cinétiques, il faut étudier le mécanisme microscopique d’une réaction chimique.

➜ Que se passe-t-il au niveau moléculaire ?


Objectif

  • Modéliser microscopiquement une transformation.


Doc. 1
Mécanisme réactionnel

Un mécanisme réactionnel est la succession d’étapes, appelées actes élémentaires, constituant une transformation chimique. Ce mécanisme peut faire apparaître des intermédiaires réactionnels, c’est-à-dire des espèces chimiques très instables ne participant pas à l’équation-bilan de la réaction.

Le mécanisme d’une réaction étudiée dans l’une des activités précédentes est présenté ci-dessous :
  • S2O82(aq) + I(aq) S2O8I3(aq)\text{S}_2\text{O}^{2-}_8(\text{aq})\ + \ \text{I}^-(\text{aq}) \rightarrow \ \text{S}_2\text{O}_8\text{I}^{3-}(\text{aq})

  • S2O8I3(aq) + I(aq) 2 SO42(aq) + I2(aq)\text{S}_2\text{O}_8\text{I}^{3-}(\text{aq}) \ + \ \text{I}^-(\text{aq}) \rightarrow \ 2\ \text{SO}^{2-}_4(\text{aq}) \ + \ \text{I}_2(\text{aq})

Doc. 2
Formalisme de la flèche courbe

Représentation avec flèches courbes

Pour représenter les interactions s’établissant à l’échelle microscopique lors des actes élémentaires, on trace des flèches courbes, orientées d’un site donneur d’électrons (un doublet d’électrons) vers un site accepteur d’électrons (un atome portant une charge partielle ou entière positive).

Doc. 3
Mécanisme catalysé ou non

La décomposition de l’eau oxygénée se réalise classiquement en une étape lente :

2 H2O2(aq) 2 H2O(l) + O2(aq)2 \ \text{H}_2\text{O}_2(\text{aq}) \rightarrow \ 2 \ \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \ + \ \text{O}_2(\text{aq})

L’ajout d’un catalyseur Br(aq)\text{Br}^-(\text{aq}) en milieu acide modifie le mécanisme et permet d’accélérer la réaction :
  • H+(aq) + H2O2(aq)\text{H}^+(\text{aq}) \ + \ \text{H}_2\text{O}_2(\text{aq}) \rightarrow  H3O2+(aq)\ \text{H}_3\text{O}^+_2 (\text{aq})

  • H3O2+(aq) + Br(aq)\text{H}_3\text{O}^+_2(\text{aq}) \ + \ \text{Br}^-(\text{aq}) \rightarrow  HOBr(aq) + H2O(l)\ \text{HOBr}(\text{aq}) \ + \ \text{H}_2\text{O}(\text{l})

  • HOBr(aq) + H2O2(aq)\text{HOBr}(\text{aq})\ + \ \text{H}_2\text{O}_2 (\text{aq}) \rightarrow H+(aq) + Br(aq) + O2(aq) + H2O(l)\text{H}^+(\text{aq})\ + \ \text{Br}^-(\text{aq}) \ + \ \text{O}_2(\text{aq}) \ + \ \text{H}_2 \text{O}(\text{l})

Doc. 4
Cinétique en animation

Animation sur la cinétique

Faites varier la température et la concentration des réactifs et observez les différences de comportement des entités sur l’animation.

Compétences

APP : Formuler des hypothèses

RAI/ANA : Lier modèles microscopiques et grandeurs macroscopiques

Questions

1. Retrouver l’équation de la réaction du doc. 1 (⇧) à l’aide du mécanisme réactionnel fourni.


2. Proposer une définition des termes acte élémentaire et intermédiaire réactionnel. Dans le mécanisme du doc. 1 (⇧), dénombrer les actes élémentaires. Citer un intermédiaire réactionnel dans ce mécanisme.


3. Expliquer le sens des flèches courbes du doc. 2 (⇧). Proposer, pour le premier acte élémentaire du doc. 3 (⇧), une flèche courbe modélisant les déplacements d’électrons.
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4. Retrouver l’équation de la réaction à l’aide du mécanisme réactionnel catalysé du doc. 3 (⇧). Conclure quant à l’évolution de la quantité du catalyseur Br(aq)\text{Br}^-(\text{aq}) au cours de la réaction.


5.
Proposer une interprétation microscopique quant à l’influence de la température et de la concentration sur la vitesse d’une réaction.
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Synthèse de l'activité

Proposer une explication au rôle joué par le catalyseur à l’échelle microscopique.
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