Chemistry Labs
Université · 15 min

Énergie d’activation et loi d’Arrhenius

Faites varier température, énergie d’activation, catalyseur et concentration dans un modèle de collisions et dégagez la sensibilité exponentielle de la vitesse à la température.

Chambre de collision 3D : les particules s’agitent ; seules celles qui franchissent la barrière réagissent, signalées par des éclairs de couleur.

Objectif

Estimez l’énergie d’activation en comparant les vitesses à deux températures via ln⁡k=ln⁡A−Ea/RT\ln k = \ln A - E_a/RT et voyez comment un catalyseur abaisse la barrière effective.

Matériel et réactifs

Chambre de collision virtuelle avec curseurs pour la température T, l’énergie d’activation Ea, le catalyseur et la concentration relative.

Procédure

  1. Fixez Ea = 60 kJ/mol et conc = 50 ; comptez les collisions efficaces à T = 300 K puis à 350 K.
  2. Calculez k₂/k₁ et résolvez Ea depuis ln⁡(k2/k1)=−EaR(1T2−1T1)\ln(k_2/k_1)=-\frac{E_a}{R}\left(\frac1{T_2}-\frac1{T_1}\right) ; comparez à la valeur réglée.
  3. Doublez la concentration et vérifiez que la vitesse suit la fréquence des collisions.
  4. Activez le catalyseur et décrivez la hausse de vitesse sans changer T ni les concentrations.

À observer

  • Augmenter T de quelques dizaines de kelvins multiplie la fraction de collisions au-dessus de la barrière bien plus que proportionnellement — le facteur exponentiel de Boltzmann.
  • Le catalyseur accélère la réaction en offrant un chemin à barrière plus basse : les collisions réactives augmentent alors que température et concentration sont inchangées.

Explication

Seules les collisions d’énergie supérieure à EaE_a réagissent ; la distribution de Maxwell–Boltzmann rend cette fraction proportionnelle à e−Ea/RTe^{-E_a/RT}, d’où k=Ae−Ea/RTk = A e^{-E_a/RT}. C’est pourquoi ~10 K de plus double souvent les vitesses autour de l’ambiante et pourquoi les réactions à grand EaE_a sont plus sensibles à la température.

Histoire de l’expérience

Svante Arrhenius donna sa forme exponentielle à la loi de vitesse en 1889, généralisant les travaux de van ’t Hoff ; la théorie de l’état de transition d’Henry Eyring ancrera plus tard EaE_a dans la surface d’énergie potentielle.

Chimistes associés

Svante ArrheniusJacobus Henricus van ’t Hoff

Sujets liés

Énergie d’activation, équation d’ArrheniusVitesse de réaction, ordre de réaction

Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.