Page 128 - Chimie organique - cours de Pau 2- Brigitte Jamart

Chapitre 5 ■ Les réactions et leur mécanisme

5.2.2 L'énergie d'activation

Pour qu'une réaction ait effectivement lieu de façon spontanée, il ne suffit pas qu'elles' accompagne
d'une diminution del' énergie du système (A\G <0). Il faut encore que sa vitesse ne soit pas nulle, ou si
faible qu'aucune transformation ne puisse être réellement observée. Ainsi, les combustions sont exoé-
nergétiques et spontanément possibles (point de vue thermodynamique) mais, à la température ordi-
naire, leur vitesse est nulle et elles n'ont pas lieu (point de vue cinétique). Par contre, une fois amor-
cées par une élévation de température même très locale (flamme, étincelle), elles se poursuivent
effectivement de façon autonome, à température élevée.

Réaction et collisions
Dans la matière, surtout dans les gaz et les liquides, les molécules sont en perpétuelle agitation, et les
réactions ont lieu à l'occasion de collisions entre elles. Mais les collisions « efficaces », c'est-à-dire
effectivement suivies de réaction, sont en fait très rares ; dans les conditions ordinaires de température
et de pression, une molécule d'un gaz subit environ 10collisions par seconde avec une autre molécule,
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mais la proportion de collisions efficaces est seulement de 1 pour 10 à 10 12 . Les autres collisions
s'assimilent à des chocs élastiques ; comme deux boules de billard qui se heurtent, les molécules sont
seulement déviées dans leur trajectoire.
Pour qu'une collision soit efficace, deux conditions doivent être remplies :
1. Au moment de la collision, les deux molécules doivent être favorablement orientées l'une par 2
rapport à l'autre, de façon que les atomes appelés à se lier entrent effectivement en contact.
chap. 4,
2. L'énergie cinétique (donc la vitesse) des molécules doit être suffisante pour que, malgré les forces § 4.2.2.b
de répulsion qui se manifestent aux très courtes distances, elles « s 'encastrent » l'une dans l'autre
(recouvrement des nuages électroniques).
Plus précisément, une collision est efficace si le système formé par les molécules initiales peut passer
par un état de transition (on dit aussi former un complexe activé), dans lequel son énergie potentielle est
supérieure à celle que possédaient initialement ensemble les molécules séparées. Ce gain d'énergie poten-
tielle est appelé énergie d'activation E, ou E ); il se réalise par transformation d'une partie de l énergie
cinétique possédée par les molécules au moment de la collision, laquelle doit donc être suffisante.

Figure 5.1 Une image du déroulement
d'une réaction.
De même que le système en réaction, le sauteur
doit augmenter temporairement son énergie po-
tentielle, qui passera par un maximum au mo-
ment du franchissement de la barre, et il trouve
l'essentiel de cette énergie dans une transforma-
tion de l'énergie cinétique qu'il a acquise en cou-
rant. Le passage par l'état de transition n'a pas
plus de durée que celui du sauteur par le point
culminant de sa trajectoire.

À une température donnée, les molécules n'ont pas toutes la même énergie cinétique d'agitation ;
seule leur énergie cinétique moyenne est définie. Donc certaines sont « aptes » à réagir et d'autres ne
le sont pas, etc' est l'une des raisons qui rendent beaucoup de collisions inefficaces. Mais une éléva-
tion de la température accroît la proportion de molécules «aptes », et ainsi explique que la vitesse des
réactions augmente avec la température.
L'état de transition n'est pas un état stable. Il n'a pas de durée de vie finie et les représentations que
l'ont peut en donner, par des formules, sont comme des photographies instantanées qui « arrêtent » un
mouvement. Le complexe que forment alors les molécules se scinde ensuite pour donner les produits
de la réaction.

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