Photographie/Physique-chimie/Vitesse de réaction - Équilibre chimique
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De très nombreuses réactions chimiques se produisent de façon quasi instantanée, voire explosive pour certaines. D'autres au contraire n'évoluent que progressivement, comme :
La quantité de peroxysulfate de potassium et d'iodure de potassium qui disparaît par unité de temps diminue au fur et à mesure que la réaction se poursuit ou, ce qui revient au même, la quantité d'iode qui se forme augmente dans les mêmes proportions. On peut suivre facilement l'évolution de cette réaction grâce à la coloration intense du milieu réactif par l'iode.
Il est possible dans un tel cas de définir un coefficient de vitesse de réaction. D'une manière générale, cette vitesse augmente en même temps que les concentrations et les températures, elle peut varier dans un sens ou dans l'autre avec la pression.
Certains corps, appelés catalyseurs, sont capables par leur seule présence de modifier dans des proportions considérables la vitesse de certaines réactions. Ils se retrouvent intacts après avoir joué leur rôle. La mousse de platine, par exemple, est capable de provoquer l'explosion d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène dès la température ambiante, alors que sans platine il ne se passe rien, ce qui équivaut à une vitesse de réaction nulle.
Les catalyseurs sont même capables, s'ils sont bien choisis, d'orienter certaines réactions dans divers sens. Il en est ainsi par exemple de la décomposition de l'acide méthanoïque (acide formique) en présence de divers oxydes :
(oxyde de zinc)
(oxyde de titane)
Les catalyseurs jouent un rôle très important dans l'industrie chimique et en particulier dans toute la branche des dérivés du carbone (chimie organique). Toutefois, la catalyse n'est pas toujours bénéfique. Certaines impuretés, même quand elles ne sont présentes qu'à l'état de traces, peuvent en effet causer des surprises désagréables. C'est le cas dans le domaine de la corrosion, et c'est aussi pourquoi il faut prendre certaines précautions pour la préparation des bains photographiques.
Les réactions peuvent également être limitées (sous-entendu par les réactions inverses) :
Ces réactions s'arrêtent d'elles-mêmes lorsqu'un certain équilibre est atteint. Les concentrations prennent alors des valeurs optimales en fonction des facteurs extérieurs (pression, température, ...). La variation de ces derniers peut provoquer le déplacement de l'équilibre dans un sens ou dans l'autre.
Lorsqu'une action extérieure modifie un état d'équilibre mobile, le système réagit toujours dans le sens qui contrarie cette action (loi du déplacement de l'équilibre mobile, ou loi de Le Chatelier).
Ainsi, pour donner quelques exemples :
- Si on élève la température, on favorise les réactions endothermiques qui tendent à la faire baisser. La plupart des composés exothermiques sont ainsi partiellement décomposés à haute température : l'eau, le dioxyde de carbone (gaz carbonique), etc.
- Les réactions qui s'accompagnent d'une diminution de volume sont favorisées par une augmentation de la pression (synthèse du diamant), en revanche la synthèse de l'acide chlorhydrique n'est pas influencée car elle a lieu à volume constant.