Terminale Spé PC

Vitesses de réactions et concentrations molaires

On observe expérimentalement qu’en milieu homogène les vitesses de réactions dépendent :

• d’une part des concentrations molaires des constituants ;
• d’autre part de la température. Ce sont les facteurs cinétiques.

Si l’on considère, dans un premier temps, la température constante et uniforme dans le réacteur, la vitesse ne dépend plus que des concentrations molaires. Cette dépendance est a priori quelconque, plus ou moins complexe, et peut faire apparaître les concentrations tant des réactifs que des produits. Cependant, dans de nombreux cas la relation revêt une forme assez simple, du type :

Comment suivre l’évolution au cours du temps d’un système formé d’ions iodure et péroxodisulfate

Objectifs

• Interpréter une réaction chimique en termes de chocs efficaces entre entités microscopiques.
• Interpréter l’influence des facteurs cinétiques à l’échelle microscopique.

Quelques définitions

Il arrive que deux molécules $M_1$ et $M_2$ s’entrechoquent (la probabilité de collision faisant intervenir plus de deux molécules est très faible, les réactions chimiques se décomposent donc plutôt, au niveau microscopique, en plusieurs actes dits « élémentaires » à deux entités). Lors de ce choc, les molécules $M_1’$ et $M_2’$ peuvent éventuellement se former. On représente graphiquement cet évènement ainsi :

Réactions chimiques lentes, réactions chimiques rapides

Cinétique chimique

Chaque système chimique évolue à une certaine vitesse. L’étude de l’évolution temporelle des systèmes chimiques constitue la « cinétique chimique ».

Classification

On se propose d’étudier le fonctionnement d’un flash d’appareil photographique jetable. Pour obtenir un éclair de puissance lumineuse suffisante, on utilise un tube flash qui nécessite pour son amorçage, une forte tension (au moins $\pu{250 V}$) pour émettre un éclair très bref. Pour stocker l’énergie nécessaire au fonctionnement du tube flash, on utilise un condensateur de capacité $C$. Ce condensateur est chargé à l’aide d’un circuit électronique alimenté par une pile.

Le modélisme ferroviaire est une activité qui passionne petits et grands.
Ce loisir repose sur la reproduction la plus fidèle possible de l’activité ferroviaire à échelle réduite, le plus couramment à l’échelle 1/87.
L’alimentation des trains miniatures se fait traditionnellement par les rails en $\pu{12 V}$ continu.
Moteurs des locomotives, éclairages des matériels roulants ou fixes, signalisations, aiguillages…, autant d’éléments qui demandent à l’amateur une bonne connaissance de l’électricité et beaucoup d’ingéniosité.

Les technologies développées dans l’industrie microélectronique ont été transposées avec succès pour fabriquer des microsystèmes électromécaniques, c’est-à-dire des systèmes miniaturisés qui intègrent sur une même puce des parties mécaniques (capteurs d’accélération ou de pression, miroirs, micromoteurs) et des circuits électroniques associés. Un des premiers microsystèmes à avoir été développé est l’accéléromètre. Il est entre autres utilisé pour déclencher le gonflage des airbags des véhicules en cas de choc brutal. L’accéléromètre est constitué de deux pièces en forme de peignes complémentaires. L’une est fixe et constitue le cadre, l’autre est mobile à l’intérieur de ce cadre, suspendue par une lamelle flexible, sans contact entre les deux parties. L’ensemble constitue un condensateur. En cas de choc brutal du véhicule, la partie mobile se déplace par inertie dans le sens opposé au mouvement, comme le passager d’un bus qui est debout et se trouve projeté en avant quand le bus freine (voir figure 3). Ce changement de distance entre le peigne mobile et le cadre modifie la capacité du condensateur. Dès que le circuit intégré détecte ce changement de capacité, il commande le gonflage de l’airbag, avant même que le conducteur et les passagers du véhicule ne soient projetés en avant.

Promis à un grand avenir, les super condensateurs sont des dispositifs de stockage de l’énergie, intermédiaires entre les accumulateurs électrochimiques et les condensateurs traditionnels. Leurs applications, qui n’en sont qu’à leurs débuts, touchent de nombreux domaines tant dans l’électronique de grande diffusion que dans l’électronique de puissance, notamment en ouvrant des perspectives intéressantes dans le domaine des véhicules hybrides.

Charge d’un condensateur à courant constant

Une première méthode consiste à charger le condensateur à l’aide d’un générateur délivrant un courant d’intensité I constant, selon le montage suivant.

Les premiers condensateurs sont apparus vers 1745. Il s’agissait en fait d’une bouteille de Leyde : une fiole à moitié remplie d’eau dont l’ouverture était obturée par un bouchon de liège percé d’une tige métallique trempant dans l’eau.

La première application de ce condensateur était de donner des commotions (chocs électriques ou électrisations) au public dans les foires. Par exemple, à Versailles, on présenta au roi Louis XV l’expérience de la décharge d’une grosse bouteille de Leyde à travers le circuit formé de plus de deux cents courtisans.