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

4. Réaction d'autocatalyse

Une réaction d'autocatalyse, qui fait partie des réactions auto-accélérées, est un type de réaction où la vitesse de réaction augmente avec la génération du produit. L'équation générale de cette réaction est l'équation de Prout-Tompkins étendue (Bna) :

Ici, 1-α correspond à la quantité relative de réactif, α correspond à la quantité relative de produit, et la vitesse de réaction est la fonction des deux. Cette dernière diminuera avec la consommation du réactif et augmentera avec la génération du produit. Voici quelques exemples en chimie :

• le durcissement
• réactions deréticulation
• réactions defermentation
• réactions depolymérisation
• réactions en chaîne, etc.

Le modèle d'autocatalyse le plus simple est l'équation de Prout-Tompkins (B1) :

fα=(1-α)∙α

Il s'agit d'une simplification de l'équation Bna (n=1, m=1), qui peut être utilisée pour décrire la réaction suivante :

A + B -> 2B

La figure 3 présente la concentration du réactif A et du produit B pour une réaction autocatalytique isotherme :

Ici, la vitesse de réaction diminue encore avec la consommation de A. Mais une fois que B est généré, il joue un autre rôle en tant que réactif, ce qui stimule la progression de la réaction. Les deux courbes sont sigmoïdales, et la forme sigmoïdale du Degré de conversionLe degré de conversion α en cinétique chimique est le paramètre sans dimension dépendant du temps d'un processus cinétique tel qu'une réaction chimique ou une cristallisation, indiquant quelle partie du processus est déjà terminée.degré de conversion pour une mesure isotherme est la preuve d'une réaction avec auto-accélération.

Au début de la réaction, lorsque la concentration de B est très faible, la vitesse de réaction est faible ; au stade final, lorsque la concentration de A est déjà très faible, la vitesse de réaction est également faible. Le maximum de la vitesse de réaction apparaîtra au stade où les concentrations de A et B sont suffisantes, c'est-à-dire au stade intermédiaire de la réaction. Cette règle peut être vérifiée par le tracé de l'équation B1, qui est illustré à la figure 4.