Introduction aux réactions d'ordre n et à l'autocatalyse

2. Système de réaction homogène

Un système réactionnel homogène est un type de système réactionnel idéal dans lequel les molécules de réactifs se répartissent uniformément dans le système. Au sens macroscopique, il n'y a pas de différences de concentration significatives dans les différentes régions. Pour chaque point dans le temps, la vitesse de réaction est la même dans l'ensemble du système. Dans ce type de système réactionnel, outre la température, le seul facteur dominant de la vitesse de réaction est la concentration moléculaire et son évolution.

En revanche, un système réactionnel hétérogène (parfois également appelé inhomogène) possède un concept clair d'interface réactionnelle. Les réactions moléculaires ne se produisent que sur ce type d'interfaces. Dans ce type de système, la variation de la concentration n'est plus le facteur dominant de la vitesse de réaction.

En effet, en dehors de l'interface, le réactif conserve toujours sa concentration initiale et la vitesse de réaction est toujours nulle. Outre la température, le facteur qui domine la vitesse de réaction par rapport à l'interface est tout simplement la propriété géométrique de l'interface elle-même, ainsi que son évolution dans le temps (expansion, contraction, épaississement) et dans l'espace (unidimensionnel, bidimensionnel, tridimensionnel).

Les systèmes homogènes et hétérogènes sont des modèles mathématiques idéaux. Les systèmes de réaction chimique réels sont souvent plus compliqués, mais pour les réactions de petite taille (comme les mesures d'analyse thermique avec une quantité d'échantillon de ~10 mg), et dans l'hypothèse d'un transfert de masse et de chaleur idéalisé, la plupart des réactions peuvent être attribuées à l'un de ces deux systèmes.

Dans le domaine de l'analyse thermique, les réactions uniformes en phase liquide (comme les réactions en solution) peuvent normalement être classées comme des réactions homogènes , tandis que les réactions impliquant plusieurs phases (gaz/solide, liquide/solide, gaz/liquide, solide/solide, liquide/liquide) sont hétérogènes. Mais certaines réactions uniformes en phase solide, sans concept clair d'interface réactionnelle, peuvent parfois être simplifiées à un modèle homogène.

Une fois le Modèle cinétiqueLe modèle cinétique est un terme général contenant le schéma (structure) des différentes étapes de réaction dans une réaction chimique à plusieurs étapes, les types de réaction et les paramètres cinétiques de ces étapes.modèle cinétique obtenu pour un système réactionnel de petite taille, une correction supplémentaire pour le transfert de masse et de chaleur doit être appliquée afin de passer à l'échelle supérieure pour une application industrielle réelle.

Remarque : ici, les termes "homogène" et "hétérogène" se réfèrent uniquement aux états de phase du réactif et du produit. Le fait que la composition du matériau soit une substance chimiquement pure ou non n'a pas d'importance.

Un exemple serait la cristallisation d'un solide : bien que le matériau puisse être "pur" au sens chimique, si l'état de phase de la région cristallisée diffère de celui de la région amorphe, la réaction est hétérogène.

Un autre exemple est le durcissement d'une résine renforcée par des fibres. Bien que, macroscopiquement, le matériau soit un composite contenant diverses compositions (résine, fibres, etc.), à plus petite échelle, la distribution des fibres peut également ne pas être aussi uniforme. Toutefois, si l'on ne tient pas compte de l'interaction entre la résine et la fibre et si l'on suppose que la réaction de durcissement n'a lieu que dans la résine liquide, elle peut encore être considérée comme une réaction homogène .