Tracé d’Arrhenius

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En cinétique chimique, un graphique d’Arrhenius affiche le logarithme d’une constante de vitesse de réaction, ( ln ( k ) {\displaystyle \ln(k)}. \ln(k), axe des ordonnées) en fonction de l’inverse de la température ( 1 / T {\displaystyle 1/T} 1/T, abscisse). Les diagrammes d’Arrhenius sont souvent utilisés pour analyser l’effet de la température sur la vitesse des réactions chimiques. Pour un seul processus thermiquement activé à taux limité, un tracé d’Arrhenius donne une ligne droite, à partir de laquelle l’énergie d’activation et le facteur pré-exponentiel peuvent tous deux être déterminés.

L’équation d’Arrhenius peut être donnée sous la forme : que

k = A exp ( – E a R T ) ou A exp ( – E a k B T ) {\displaystyle k=A\exp \left({\frac {-E_{a}}{RT}}\right){\text{ ou }}A\exp \left({\frac {-E_{a}}{k_{B}}T}\right)}. {\displaystyle k=A\exp \left({\frac {-E_{a}}{RT}}\right){\text{ ou }}A\exp \left({\frac {-E_{a}}{k_{B}T}}\right)}

Where:

k {\displaystyle k} k = Constante de vitesse A {\displaystyle A} A = Facteur pré-exponentiel E a {\displaystyle E_{a}} E_{a} = Énergie d’activation k B {\displaystyle k_{B}} k_{B} = Constante de Boltzmann R {\displaystyle R} R = Constante des gaz, équivalente à k B {\displaystyle k_{B}} k_{B} fois la constante d’Avogadro. T {\displaystyle T} T = Température absolue, K

La seule différence réside dans les unités d’énergie : la première forme utilise l’énergie/mole, ce qui est courant en chimie, tandis que la seconde forme utilise directement l’énergie à l’échelle des particules individuelles, ce qui est courant en physique.Les différentes unités sont prises en compte en utilisant soit la constante des gaz R {\displaystyle R} R, soit la constante de Boltzmann k B {\displaystyle k_{B}}. k_{B}.

En prenant le logarithme naturel de la première équation, on obtient.

ln ( k ) = ln ( A ) – E a R ( 1 T ) {\displaystyle \ln(k)=\ln(A)-{\frac {E_{a}}{R}}\left({\frac {1}{T}}\right)} \ln(k)=\ln(A)-{\frac {E_{a}}{R}}\left({\frac {1}{T}}\right)}

Lorsque le graphique est tracé de la manière décrite ci-dessus, la valeur de l’ordonnée à l’origine (à x = 1 / T = 0 {\displaystyle x=1/T=0} x=1/T=0) correspondra à ln ( A ) {\displaystyle \ln(A)} \ln(A), et la pente de la ligne sera égale à – E a / R {\displaystyle -E_{a}/R} -E_{a}/R. Les valeurs de l’ordonnée à l’origine et de la pente peuvent être déterminées à partir des points expérimentaux en utilisant une régression linéaire simple avec un tableur.

Le facteur pré-exponentiel, A, est une constante empirique de proportionnalité qui a été estimée par diverses théories qui prennent en compte des facteurs tels que la fréquence de collision entre les particules en réaction, leur orientation relative et l’entropie d’activation.

L’expression e x p ( – E a / R T ) {\displaystyle exp(-E_{a}/RT)} {{displaystyle exp(-E_{a}/RT)} représente la fraction des molécules présentes dans un gaz qui ont des énergies égales ou supérieures à l’énergie d’activation à une température donnée. Dans presque tous les cas pratiques, E a ≫ R T {\displaystyle E_{a}\gg RT} {\displaystyle E_{a}\gg RT}, de sorte que cette fraction est très faible et augmente rapidement avec T. En conséquence, la constante de vitesse de réaction k augmente rapidement avec la température T, comme le montre le tracé direct de k en fonction de T. (Mathématiquement, à des températures très élevées, de sorte que E a ≪ R T {\displaystyle E_{a}\ll RT} {{displaystyle E_{a}\ll RT}, k se stabiliserait et se rapprocherait de A comme limite, mais ce cas ne se produit pas dans les conditions pratiques.)