Cinétique et dynamique des réactions chimiques

Auteur(s) :

Mostafavi, Mehran Découvrir l'auteur

Résumé

Un panorama des découvertes théoriques et expérimentales les plus récentes en matière de dynamique et cinétique des réactions chimiques : les méthodes de pointe, les techniques optiques, etc. Avec des exercices corrigés. ©Electre 2015

Éditeur(s)
- EDP sciences
Date
- DL 2015
Notes
- Bibliogr.
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (371 p.) : ill. en coul. ; 24 cm
Collections
- QuinteSciences
Sujet(s)
- Cinétique chimique
ISBN
- 978-2-7598-1296-7
Indice
- 541 Théorie atomique, structure et liaison chimique
Quatrième de couverture
- Cinétique et dynamique des réactions chimiques
  Le temps est au centre des études cinétiques et dynamiques. Il est important de connaître le mécanisme et la vitesse de la transformation de la matière, et de comprendre comment les molécules réagissent entre elles et échangent des électrons et des atomes pour créer de nouveaux édifices.
  Ce livre rassemble dans un seul ouvrage les problématiques de la cinétique, ses fondements théoriques et les approches expérimentales. L'expression de la vitesse des réactions élémentaires et globales, les grandes avancées des théories (Lewis, RRKM, Erying, Smoluchowski et Stokes-Einstein-Debye, Marcus), les réactions induites par des rayonnements et finalement les concepts de la catalyse homogène et hétérogène y sont présentés. Le livre est écrit de façon pédagogique et comporte plus de 150 images en couleurs, des exercices et leur correction, des références bibliographiques et des annexes.
  L'ouvrage est destiné en particulier aux étudiants de la Licence, de Master, aux élèves-ingénieurs en chimie et chimie physique, et pour la préparation d'agrégation ainsi qu'aux chercheurs débutants.
Tables des matières
- - Cinétique et dynamique des réactions chimiques
  - Mehran Mostafavi
  - edp sciences
  - Avant-propos11
  - Remerciements17
  - Chapitre 1 ¤ Réactions, temps, et température en cinétique homogène19
  - 1.1 Introduction20
  - 1.2 Réactions élémentaires et réactions globales20
  - 1.2.1 Molécularité21
  - 1.3 Vitesse des réactions22
  - 1.3.1 Temps et vitesse d'une réaction22
  - 1.3.1.1 Remarque sur le temps 22
  - 1.3.1.2 Définition de la vitesse de manière générale 23
  - 1.4 Avancement et degré d'avancement de la réaction25
  - 1.4.1 Degré d'avancement de la réaction25
  - 1.5 Facteurs influençant la vitesse d'une réaction25
  - 1.6 Ordre d'une réaction26
  - 1.6.1 Condition nécessaire d'une réaction élémentaire26
  - 1.6.2 Ordre simple mais différent de la stoechiométrie28
  - 1.6.3 Ordre non entier29
  - 1.7 Loi cinétique des vitesse30
  - 1.7.1 Réaction de premier ordre30
  - 1.7.2 Réaction d'ordre 233
  - 1.7.3 Ordre dans le temps et ordre initial35
  - 1.7.3.1 Ordre dans le temps 35
  - 1.7.3.2 Ordre initial 35
  - 1.7.3.3 Détermination de l'ordre d'une réaction 35
  - 1.8 Influence de la température sur la vitesse de réaction36
  - 1.8.1 Équation d'Arrhenius36
  - 1.8.1.1 Cas d'une réaction élémentaire 37
  - 1.8.1.2 Influence de la température 39
  - 1.8.1.3 Cas d'une réaction globale 41
  - 1.8.2 Au-delà de la loi d'Arrhenius43
  - 1.9 Exercices44
  - 1.10 Références48
  - Chapitre 2 ¤ Cinétique des réactions multi-étapes49
  - 2.1 Introduction50
  - 2.2 Expression de la vitesse d'évolution d'un composé qui intervient dans plusieurs réactions51
  - 2.3 Réactions consécutives51
  - 2.3.1 Hypothèse de l'état quasi-stationnaire (HEQS)56
  - 2.4 Réactions compétitives57
  - 2.5 Réactions parallèles58
  - 2.6 Cinétique des équilibres58
  - 2.6.1 Définition cinétique de l'équilibre59
  - 2.6.2 Atteinte de l'équilibre59
  - 2.6.3 Déplacement d'un équilibre60
  - 2.6.3.1 Équilibre rapide, réaction lente 60
  - 2.6.3.2 Équilibre lent, réaction rapide 61
  - 2.7 Réactions en chaîne62
  - 2.7.1 Différentes étapes d'une réaction en chaîne63
  - 2.7.2 Cinétique d'une réaction en chaîne droite : thermolyse de l'éthanal64
  - 2.7.2.1 Vitesse de disparition du réactif 66
  - 2.7.2.2 Vitesse d'apparition des produits 66
  - 2.7.3 Maillon de la chaîne ou cycle d'amplification67
  - 2.7.4 Longueurs de chaîne67
  - 2.7.5 Polymérisation67
  - 2.7.6 Polymérisation radicalaires en chaînes69
  - 2.7.6.1 Longueur de chaîne cinétique du polymère 71
  - 2.7.7 Réaction en chaîne ramifiée72
  - 2.7.7.1 Mécanisme des réactions en chaîne ramifiée 73
  - 2.7.7.2 Prototype de mécanisme 73
  - 2.8 Exercices75
  - 2.9 Références80
  - Chapitre 3 ¤ Méthodes et techniques expérimentales en cinétique et dynamique chimique81
  - 3.1 Introduction82
  - 3.2 Méthodes et techniques en régime stationnaire83
  - 3.2.1 Mélange de réactifs dans un réacteur83
  - 3.2.2 Réactions déclenchées par une source d'énergie stationnaire84
  - 3.2.3 Faisceaux moléculaires en phase gazeuse85
  - 3.3 Mélange rapide des réactifs (Flux stoppé ou Stopped flow)87
  - 3.4 Méthodes de relaxation88
  - 3.5 Méthodes et techniques impulsionnelles résolues en temps89
  - 3.5.1 Principe89
  - 3.5.2 Photolyse éclair et laser90
  - 3.5.3 Radiolyse impulsionnelle93
  - 3.5.4 Sources impulsionnelles de rayonnement ionisant94
  - 3.5.4.1 Accélérateur de particules 94
  - 3.5.4.2 Accélérateur de Van de Graaff 94
  - 3.5.4.3 Accélérateur d'électron « Febetron » 95
  - 3.5.4.4 Accélérateur linéaire 95
  - 3.5.4.5 Accélérateur linéaire déclenché par un laser pulsé 96
  - 3.5.4.6 Rayonnement synchrotron 96
  - 3.5.4.7 Laser de très forte puissance 97
  - 3.6 Techniques impulsionnelles d'observation résolues dans le temps97
  - 3.6.1 Techniques à impulsion unique97
  - 3.6.2 Techniques à impulsions répétitives97
  - 3.7 Absorption et émission transitoire99
  - 3.7.1 Principe99
  - 3.7.2 Mesure de l'absorption optique ou de l'émission optique sur des échelles de temps supérieurs à la nanoseconde99
  - 3.7.3 Mesure de l'absorption transitoire subnanoseconde par la technique pompe-sonde101
  - 3.7.4 Émission transitoire104
  - 3.7.4.1 Mesure par comptage photon unique 104
  - 3.7.4.2 Conversion de fréquence : up-conversion ou down conversion 105
  - 3.7.5 Mesure de l'absorption ou de l'émission transitoire par caméra à balayage de fente (streak camera)107
  - 3.8 Autres méthodes de détection rapide109
  - 3.8.1 Résonance paramagnétique électronique109
  - 3.8.2 Résonance magnétique nucléaire110
  - 3.8.3 Conductimétrie110
  - 3.8.4 Méthodes électrochimiques111
  - 3.9 Exercice113
  - 3.10 Références114
  - Chapitre 4 ¤ Théorie des collisions en phase gazeuse115
  - 4.1 Introduction116
  - 4.2 Modèle des collisions entre sphères dures116
  - 4.2.1 Cadre général du modèle des collisions116
  - 4.2.2 Calcul de la fréquence des collisions bimoléculaires117
  - 4.2.3 Fréquence des collisions d'énergie suffisante120
  - 4.2.4 Expression de la constante de vitesse121
  - 4.2.5 Critique du modèle des collisions entre des sphères dures122
  - 4.3 Section efficace et paramètre d'impact124
  - 4.4 Définitions de la constante cinétique bimoléculaire126
  - 4.5 Équations du mouvement d'un système à deux particules en collision127
  - 4.6 Pontentiel d'interaction et calcul de la section efficace de réaction129
  - 4.7 Potentiel modèles131
  - 4.7.1 Potentiel de sphères rigides132
  - 4.7.2 Potentiel dipôle-dipôle133
  - 4.7.3 Seuil d'énergie en fonction de l'orientation des molécules134
  - 4.8 Au-delà des cas simples135
  - 4.9 Exercices136
  - Chapitre 5 ¤ Théorie de l'état de transition139
  - 5.1 Introduction140
  - 5.2 Surfaces de potentiel140
  - 5.3 Approche thermodynamique143
  - 5.3.1 Constante de vitesse144
  - 5.3.2 Application de la théorie de l'état de transition : cas de la réaction entre OH^¤ et CH₄146
  - 5.3.3 Thermodynamique du complexe activé149
  - 5.4 Lien entre les théories des collisions et du complexe activé151
  - 5.5 Conclusion152
  - 5.6 Exercices153
  - Chapitre 6 ¤ Réactions unimoléculaires en phase gazeuse157
  - 6.1 Introduction158
  - 6.2 Modèle de Lindemann159
  - 6.3 Modification du modèle de Lindemann162
  - 6.4 Théorie R.R.K. (Rice, Ramsperger, Kessel)167
  - 6.5 Vers la théorie R.R.K.M. (Rice, Ramsperger, Kessel, Marcus)170
  - 6.6 Exercices173
  - Chapitre 7 ¤ Diffusion et réaction élémentaire en solution175
  - 7.1 Introduction176
  - 7.2 Diffusion en solution178
  - 7.2.1 Équation de diffusion de Smoluchowski178
  - 7.2.2 Parcours probabiliste et diffusion181
  - 7.2.3 Diffusion d'une particule en présence d'un potentiel extérieur183
  - 7.2.4 Diffusion et distance185
  - 7.3 Diffusion et réaction chimique187
  - 7.4 Détermination de la constante de vitesse entre deux espèces neutres ou chargées189
  - 7.4.1 Solution stationnaire190
  - 7.4.2 Constante de vitesse limitée par la diffusion entre deux espèces neutres. Solution stationnaire192
  - 7.4.3 Constante de vitesse limitée par diffusion entre deux espèces chargées. Solution stationnaire194
  - 7.4.4 Constante de vitesse limitée par diffusion entre deux espèces neutres. Solution générale195
  - 7.5 Critique du modèle de Smoluchowski : l'étape d'activation203
  - 7.5.1 Critique du modèle203
  - 7.5.2 Détermination de la constante de vitesse, méthode de Collin-Kimball204
  - 7.6 Réactions limitées par l'activation k_act (...) k_diff207
  - 7.6.1 Estimation approximative de la concentration de la paire de rencontre208
  - 7.6.2 Estimation de la constante de vitesse par l'approche thermodynamique209
  - 7.6.3 Effet de la constante diélectrique du solvant210
  - 7.6.4 Effet de la force ionique211
  - 7.7 Influence de la force ionique pour les réactions de macromolécules chargées214
  - 7.7.1 Idées de base214
  - 7.7.2 Formalisme de Wherland et Gray214
  - 7.7.3 Formalisme de Van Leeuwen215
  - 7.8 Exercices216
  - Chapitre 8 ¤ Initiation à la cinétique des processus photophysiques et photochimiques219
  - Introduction220
  - 8.2 Lois élémentaires et principes de la photochimie220
  - 8.2.1 Lois historiques220
  - 8.2.2 Lois et principe gouvernant les processus photo-induits222
  - 8.2.2.1 Loi de Beer-Lambert 222
  - 8.2.2.2 Conservation du spin 222
  - 8.2.2.3 Principe de Franck-Condon 222
  - 8.3 Processus photophysiques224
  - 8.3.1 Transitions radiatives et non radiatives224
  - 8.3.1.1 Absorption d'un photon 224
  - 8.3.1.2 Émission de lumière (désexcitations radiatives) 224
  - 8.3.1.3 Transition non-radiative 226
  - 8.3.2 Rendements quantiques229
  - 8.3.3 Transfert d'énergie intermoléculaire230
  - 8.4 Processus photochimiques233
  - 8.4.1 Réactions photo-assistées233
  - 8.4.2 Réactions de photoconversion233
  - 8.4.3 Réactions photo sensibilisées235
  - 8.4.4 Initiation de réaction en chaîne235
  - 8.4.5 Réactions de transfert d'électron photo-induit236
  - 8.4.6 Formation de l'image latente en photographie argentique236
  - 8.4.7 Photocatalyse238
  - 8.5 Exercices240
  - Chapitre 9 ¤ Initiation aux processus induits par les rayonnements ionisants247
  - 9.1 Introduction248
  - 9.2 Sources de rayonnements ionisants249
  - 9.2.1 Sources continues250
  - 9.2.2 Sources pulsées251
  - 9.3 Photons ionisants et niveaux d'énergie mis en jeu252
  - 9.3.1 Niveaux énergétiques mis en jeu lors de l'interaction253
  - 9.4 Phénomènes primaires induits par un rayonnement ionisant dans la matière254
  - 9.5 Étapes de la radiolyse des liquides255
  - 9.5.1 Étapes pré-diffusionnelles (temps inférieur à 10^-12 S) de la radiolyse d'un liquide255
  - 9.5.1.1 Sort du cation RH^.+ 256
  - 9.5.1.2 Sort de l'électron 257
  - 9.6 Structure et réactivité de l'électron solvaté257
  - 9.7 Étape des réactions non homogènes (t(...) 10^-7 s)260
  - 9.8 Étape des réactions homogènes (^t > 10^-7 s). Influence d'un soluté262
  - 9.9 Radiolyse de l'eau liquide263
  - 9.10 Dosimétrie de Fricke268
  - 9.10.1 Principe269
  - 9.10.2 Mesure du débit de dose d'une source de ⁶⁰Co271
  - 9.11 Exercices274
  - 9.12 Références277
  - Chapitre 10 ¤ Transfert d'électron en solution homogène : bases théoriques et vérification expérimentale279
  - 10.1 Introduction280
  - 10.1.1 Premières observations280
  - 10.2 Théorie classique de Marcus281
  - 10.2.1 Calcul de la constante de vitesse des différentes étapes par Marcus283
  - 10.3 Surfaces de potentiel287
  - 10.4 Adiabacité de la réaction289
  - 10.5 Traitement semi-quantique pour des réactions non-adiabatiques291
  - 10.6 Vérification expérimentale de la région inverse294
  - 10.7 Exercices301
  - 10.8 Références302
  - Chapitre 11 ¤ Catalyse des réactions chimiques303
  - 11.1 Introduction304
  - 11.2 Thermodynamique et la catalyse305
  - 11.2.1 Thermodynamique de la réaction catalysée305
  - 11.2.2 Propriété thermodynamique du catalyseur306
  - 11.3 Différents types de catalyse308
  - 11.3.1 Catalyse homogène308
  - 11.3.1.1 Catalyse en phase gazeuse 308
  - 11.3.1.2 Catalyse en solution acide/base 310
  - 11.3.2 Catalyse enzymatique314
  - 11.3.3 Catalyse hétérogène317
  - 11.3.3.1 Adsorption d'un gaz sur une surface solide 318
  - 11.3.3.2 Équations de vitesse en catalyse hétérogène 319
  - 11.4 Autocatalyse325
  - 11.5 Applications des catalyseurs326
  - 11.6 Exercices327
  - 11.7 Références330
  - Annexe A. Bibliographie331
  - Annexe B. Équations différentielles ordinaires pour la cinétique335
  - Annexe C. Constantes et unités339
  - Annexe D. Diffusion d'une particule libre traitée par la méthode stochastique343
  - Annexe E. Corrections succinctes des exercices349
Origine de la notice:
- FR-751131015