CINÉTIQUE CHIMIQUE

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Étant donné un système chimique comprenant des composés chimiques, dans un état physique quelconque et répartis selon une localisation quelconque, on dira que ce système est chimiquement inerte si aucun des composés présents ne se transforme dans sa nature chimique. Dans le cas contraire, on est en présence d'un système réactionnel qui subit une transformation chimique. Si les composés se transforment dans un rapport fixe et défini en un système de produits, on dira que la transformation ne comporte qu'une réaction chimique.

Le but premier de la chimie, minérale ou organique, fut longtemps et demeure souvent l'identification, l'isolement des composés chimiques obtenus lors des transformations ; l'objectif est alors de connaître tous les composés auxquels peut conduire la chimie, et le mode opératoire et le déroulement même de la transformation ne sont pris en considération qu'en tant que recette de synthèse. L'étude approfondie de la transformation, du « mouvement », de la structure de la matière, tel fut le centre d'intérêt d'un certain nombre de chimistes, qui développèrent cet aspect de la chimie qu'est la cinétique chimique. En un sens, la cinétique chimique regroupe tous les travaux ayant pour finalité de décrire qualitativement ou quantitativement l'évolution des systèmes chimiques, de comprendre le mécanisme selon lequel, au niveau de la molécule, s'opère le réarrangement des liaisons chimiques qui conditionne la réaction, d'expliciter les forces motrices ou antagonistes qui déterminent cette évolution. Notons ici que certains auteurs usent de l'expression « dynamique chimique » dans un sens équivalent à celle de cinétique chimique. Le domaine d'application de la cinétique s'étend à toute évolution de la matière, qu'elle soit très lente ou très rapide, mettant en cause des modifications d'espèces chimiques au sein de celles-ci. Ainsi, prenant comme objet d'étude le système chimique que constitue la matière des espaces intersidéraux, elle explique que les molécules d'hydrogène y sont en équilibre avec des atomes d'hydrogène ; ces atomes, qui dans les conditions normales se recombinent instantanément, ont, en effet, dans les conditions spatiales où la concentration des espèces chimiques se trouve réduite à 104 par litre, des durées de vie qui se chiffrent par milliers d'années, c'est-à-dire qu'ils ne réagissent statistiquement qu'après des durées de cet ordre. Inversement, il est nécessaire de pouvoir étudier des réactions ultra-rapides, recombinaisons de radicaux, neutralisations acide-base, car ce sont des étapes élémentaires des transformations chimiques. Comme le soulignait le professeur M. Eigen dans son allocution de prix Nobel 1967, ces réactions étaient considérées, encore en 1949, comme évoluant à une « vitesse immesurable ». Elles ont été mesurées et étudiées, bien que la transformation des réactifs n'y nécessite que des durées de l'ordre de 10-10 seconde.

Les objectifs de l'analyse cinétique, quoique scientifiques, débouchent sur l'action. Le but de cette science est, en effet, d'observer les transformations pour parvenir d'abord à les décrire, ensuite à énoncer leurs lois, enfin à obtenir les moyens qui permettent de les contrôler. Or la maîtrise de la nature suppose l'aptitude à freiner, à accélérer ou à orienter sa transformation ; accélérer une réaction, c'est ce que l'on veut faire dans un réacteur chimique ; freiner une transformation, c'est pouvoir stabiliser un matériau ou stocker un produit. Ainsi, de l'éthylène pourra d'abord être stocké dans un réservoir parce que l'on a déterminé des inhibiteurs qui empêchent sa dégradation, puis polymérisé en ajoutant un catalyseur qui provoque sa transformation sélective en polyéthylène, celui-ci étant à nouveau stabilisé par des additifs qui empêcheront sa dégradation par l'oxygène, l'ozone, la lumière, etc. En outre, parce que quantitative, la cinétique permet le travail de l'ingénieur dans des domaines variés. Sachant par exemple calculer la fréquence et l'exothermicité des recombinaisons de radicaux ou d'ions qui, lors de la rentrée d'un satellite dans l'atmosphère, échaufferont sa paroi, on pourra en tenir compte pour le calcul de la protection de ses parois.

L'apparition de la cinétique chimique fut postérieure à l'essor de la chimie du xviiie siècle et les premières observations cinétiques peuvent être attribuées à G. Kirchhoff (sur la vitesse d'hydrolyse de l'amidon, 1812) et L. J. Thenard (sur la décomposition de l'eau oxygénée, 1818) ; la première loi cinétique n'apparaît cependant qu'en 1850 quand Wilhelmy montre que la vitesse d'inversion du glucose est proportionnelle à sa concentration : c'est la loi d'« ordre un » ; la loi d'« ordre deux » apparaît avec les travaux d'Harcourt et Esson sur l'action de l'acide iodhydrique sur l'eau oxygénée (1858). Vient ensuite la mise en évidence de principes plus généraux : C. M. Guldberg et P. Waage (1867) montrent qu'un équilibre entre deux formes chimiques est un phénomène dynamique qui traduit l'égalité des vitesses directe et inverse de conversion, et ces travaux sont complétés par ceux de J. H. Vant' Hoff sur la variation des équilibres en fonction de la température (1885). En 1889, S. Arrhenius énonce la loi de variation des vitesses en fonction de la température, tandis que M. Berthelot étudie la thermochimie des réactions. Dès lors se développent des travaux montrant la complexité réelle des systèmes chimiques. S. Arrhenius propose la théorie des ions (1900) ; M. E. A. Bodenstein étudie systématiquement la synthèse de l'acide bromhydrique (1907), et ses résultats cinétiques sont interprétés par la présence de radicaux ; W. Ostwald dégage la notion de catalyseur (1909). Puis viennent les travaux de Michaelis sur la catalyse enzymatique (1913), de J. N. Brønsted sur la catalyse par les acides (1923). L'essor de la cinétique chimique s'est poursuivi ensuite par une mise en évidence de plus en plus précise de la complexité des transformations réelles pour un contrôle de plus en plus grand de leur vitesse. De ce fait, elle est devenue une discipline de base commune à tous les chimistes. Bien qu'elle soit souvent présentée par son intervention relative à chaque branche de la chimie dans les traités de chimie physique organique, chimie physique du solide, biologie moléculaire ou chimie industrielle, nous la présenterons ici en tant que discipline homogène, indépendante du système chimique auquel on l'applique, afin de souligner l'unité de la chimie et l'unité des lois qui régissent les transformations chimiques.

Wilhelm Ostwald

Photographie : Wilhelm Ostwald

Le chimiste allemand Wilhelm Ostwald (1853 - 1932). Il obtint le prix Nobel en 1909 pour ses travaux sur la catalyse. 

Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

Afficher

Activation de la transformation chimique

La compréhension du mouvement d'un système mécanique suppose que l'on connaisse la notion de l'énergie potentielle de gravité qu'il possède du fait même qu'il se trouve soumis à l'influence d'un champ de gravité ; un système mécanique statique est sou [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 15 pages

Médias de l’article

Wilhelm Ostwald

Wilhelm Ostwald
Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

photographie

Complexation par lien hydrogène

Complexation par lien hydrogène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

diaporama

Mise en évidence d'un radical

Mise en évidence d'un radical
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Réaction catalytique

Réaction catalytique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 6 médias de l'article


Écrit par :

  • : Docteur ès sciences, ingénieur en chef des Mines, directeur général de la Compagnie française d'études et onstruction Technip.

Classification

Autres références

«  CINÉTIQUE CHIMIQUE  » est également traité dans :

ACTIVITÉ, chimie

  • Écrit par 
  • Dina SURDIN
  •  • 266 mots

Grandeur introduite par G. N. Lewis, en 1907, pour exprimer les propriétés thermodynamiques des solutions. En effet, l'expression du potentiel chimique d'un composé dans une solution idéale, donné par la relation μ = k T ln N + μ 0 , où N représente la fraction molaire du composé, n'est valable que dans le cas où la concentration du composé tend vers zéro, c'est-à-dire dans le cas des solutions in […] Lire la suite

ANTIOXYGÈNES

  • Écrit par 
  • Robert PANICO
  •  • 2 343 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Mécanisme »  : […] Du point de vue de la cinétique, la réaction d'autoxydation est caractérisée par l'existence d'une période d'induction au début de la réaction, au cours de laquelle la vitesse est pratiquement négligeable. La vitesse de la réaction croît ensuite rapidement puis se stabilise. Ces faits s'accordent avec le mécanisme d'une réaction radicalaire en chaîne. Si l'on représente le composé autoxydable par […] Lire la suite

CATALYSE

  • Écrit par 
  • Henri Jean-Marie DOU, 
  • Jean-Eugène GERMAIN
  •  • 8 408 mots
  •  • 8 médias

Dans le chapitre « Cinétique de la catalyse hétérogène »  : […] La cinétique des réactions catalysées est dominée par la vitesse de réaction des centres actifs avec les corps de départ ou la vitesse de libération de ces centres par désorption des produits ; ces deux vitesses étant égales lorsque s'est établi le régime stationnaire, l'étape la plus lente gouverne la vitesse globale. Cette compétition pour les centres actifs se traduit souvent par un effet de r […] Lire la suite

COORDINATION (chimie) - Composés de coordination

  • Écrit par 
  • Jean AMIEL, 
  • Jean-Pierre SCHARFF
  •  • 5 021 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Mécanismes de réactions »  : […] Du point de vue cinétique, les complexes inertes présentent des réactions suffisamment lentes pour être étudiées par les techniques conventionnelles. Par contre, pour les complexes labiles (temps de demi-réaction de 10 -8 à une seconde), seul le développement de techniques spéciales, telles que les méthodes de compétition, de relaxation ou de perturbation spectroscopiques (R.M.N., R.P.E.) et éle […] Lire la suite

CORROSION

  • Écrit par 
  • Gérard BERANGER, 
  • Jean TALBOT
  •  • 5 141 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Lois cinétiques d'oxydation des métaux »  : […] Le paramètre important pour étudier quantitativement les phénomènes d' oxydation est la variation de l'épaisseur Δ e de la couche d' oxyde ou la variation Δ m du poids de l'échantillon en fonction du temps t pour une température et une pression données. Plusieurs théories (Wagner, Mott et Cabrera, Hauffe et Ilschner) ont été proposées pour traduire quantitativement l'oxydation des métaux. Dive […] Lire la suite

DEUTÉRIUM

  • Écrit par 
  • Akli HAMMADI
  •  • 890 mots

En 1932, H. C. Urey, F. G. Brickwedde et G. M. Murphy mettent en évidence l'existence du deutérium, isotope de l'atome d'hydrogène, en analysant les raies du spectre de Balmer issues d'un résidu lourd de distillation fractionnée d'hydrogène liquide. Ces résultats furent confirmés la même année par W. Bleaknay à l'aide du spectrographe de masse. Le deutérium est un isotope stable, de numéro atomiq […] Lire la suite

ENZYMES - Histoire de la notion

  • Écrit par 
  • Gabriel GACHELIN
  •  • 2 470 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Les enzymes sont des catalyseurs »  : […] Le chimiste suédois Jacob Berzelius (1779-1848) avait introduit le concept de catalyse en 1835. Un catalyseur accélère la vitesse d’une réaction chimique et se retrouve inchangé à la fin de l’opération. Les enzymes sont-elles des catalyseurs biologiques, puisque les réactions qu’elles assurent ne se produisent pas spontanément en leur absence ? On doit à Victor Henri (1872-1940), biophysicien et […] Lire la suite

ENZYMES - Cinétique enzymatique

  • Écrit par 
  • Christophe LÉGER
  •  • 5 251 mots
  •  • 8 médias

La cinétique enzymatique est la discipline scientifique, à l'interface de la chimie et de la biochimie, qui applique les concepts de la cinétique chimique à l'étude des réactions catalysées par des enzymes : il s'agit, par cette approche, de chercher à comprendre comment fonctionnent les enzymes par l’examen de la manière dont les vitesses de ces réactions varient en fonction des conditions expér […] Lire la suite

ENZYMES - Site actif

  • Écrit par 
  • Gabriel GACHELIN
  •  • 3 967 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Les bases de la cinétique enzymatique »  : […] Ce qui se passe au sein du site actif relève des mécanismes propres à la catalyse. La séquence des événements qui constituent la réaction catalysée relève quant à elle de la cinétique enzymatique, qui est la description d’une suite d’états définis par les équilibres de la thermodynamique chimique. Victor Henri, biophysicien et psychologue, est à l’origine de ces études (1902-1903). Mais la descrip […] Lire la suite

EUROPEAN XFEL (laser européen à électrons libres et à rayons X)

  • Écrit par 
  • Gabriel GACHELIN
  •  • 1 426 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Le résultat de l’addition de plusieurs technologies avancées »  : […] Le XFEL s’étend sur deux communes : le générateur d’électrons est situé sur le campus de Desy, à Hambourg, et les laboratoires et l’administration près de la ville de Schenefeld, dans le Schleswig-Holstein. Un tunnel de 3,4 kilomètres, creusé entre 6 et 38 mètres de profondeur, relie les deux sites. Dans ce tunnel sont placés la source d’électrons, l’accélérateur linéaire supraconducteur, l’ondul […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Lucien SAJUS, « CINÉTIQUE CHIMIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/cinetique-chimique/