Il existe un beau parterre de théories qui submergent les études savantes sur les comportements physiques des éléments et les réactions chimiques. Au sein de ces deux catégories de phénomène, les théories cinétiques sont nombreuses et variées, en étant souvent complémentaires les unes aux autres. Parmi celles qui ont le plus marqué le cercle savant figure la loi d’Arrhénius. En quoi ça consiste ?
Loi d’Arrhenius : à l’origine
Svante August Arrhenius est un physicien et chimiste suédois connu dans son époque, vers la seconde moitié du XIXe siècle, pour sa théorie de la dissociation électrolytique énoncée en 1887. Lui valant le prix Nobel de Chimie en 1903, cette dernière expliquait le mécanisme de l’ionisation (décomposition des molécules en ions) dans les solutions, de même que la conductivité électrique de celles-ci. Scientifique plutôt éclectique, il touche divers domaines d’études comme celle sur l’effet de serre, dont il est sans doute l’un des premiers théoriciens, ou encore les études sur la diversité biologique.
La loi d’Arrhénius, elle, a été publiée en 1889 dans une étude intitulée « De la vitesse de réaction de l’inversion du sucre de canne par les acides ». Ayant fait l’objet de nombreuses vérifications pendant plus d’une vingtaine d’années par la communauté scientifique, elle fût reconnue courant l’an 1910 par les chimistes de l’époque. Depuis, elle a été adoptée pour constituer une base fondamentale dans le domaine de la cinétique chimique (étude de la vitesse des réactions chimiques). Sans constituer une règle absolue, la loi d’Arrhénius est cependant la plus courante. Elle a même servi de base théorique à d’autres théorèmes.
Les principes de la loi d’Arrhénius
Fondée sur une méthode de recherche empirique, c’est-à-dire étudiée à travers un bon nombre d’expérimentations, la loi d’Arrhénius modélise la variation de la vitesse de certaines réactions chimiques sous l’influence de la température. Arrhénius a en effet estimé le rôle fondamental de la température dans les mécanismes de transformations chimiques. La théorie qui s’en est découlé décrivait alors la variation de la vitesse de réaction à telle température. La loi Arrhénius aboutit à la formulation d’une équation déterminant la variation du coefficient de vitesse (k) avec la température (T) :
k=A.e((-Ea)/RT)
Où :
– k représente le coefficient de vitesse
– A.e représente le facteur exponentiel constant
– Ea est l’énergie d’activation de la réaction (une énergie nécessaire à la production de la réaction)
– R représente la constante de gaz parfait
– T comme température (en Kelvin)
Les limites de la loi d’Arrhénius
Sans doute parmi les raisons pour lesquelles la loi d’Arrhénius n’obtint pas directement l’aval de toute la communauté des chimistes, l’on retrouve le fait qu’elle ne s’applique pas à toutes les réactions chimiques. En effet, en effet dans certains cas, la vitesse de réaction reste stable voire diminue à température élevée. On retrouve cela dans les réactions enzymatiques où la vitesse se dégrade graduellement à mesure que la température augmente. On assiste aussi ce phénomène dans le cadre de réactions de polymérisation ou encore l’oxydation du monoxyde d’azote.
Cela est dû à la variation de certains éléments de transformation, dont principalement ce que le scientifique appelle : énergie d’activation. Il s’agit de l’élément énergétique de nature thermique, essentiel pour que la réaction ait lieu. La valeur de cet élément a la plus forte incidence sur la vitesse de réaction. De manière générale, plus l’énergie d’activation est faible et plus la vitesse de réaction est importante. A noter que les catalyseurs permettent de diminuer l’énergie d’activation d’un système chimique.
A quoi sert la loi d’Arrhénius ?
Les recherches dans le cadre de la cinétique chimique, et donc l’utilisation de la loi d’Arrhénius, ont une importance capitale dans un bon nombre de domaines. En matière industrielle, leurs résultats encadrent par exemple la conception de polymères ou des éléments hydrocarbures utilisés pour les véhicules et machines, la détermination de la vitesse de dégradation des produits et matériaux de construction, la vitesse d’action des médicaments ou de leur élimination par l’organisme, etc. En matière de recherche environnementale, la loi d’Arrhénius permet de calculer la vitesse de dégradation des polluants, etc.
Partant, les lois en matière de cinétique chimique permettent de déterminer les éléments et facteurs qui favorisent l’augmentation de la vitesse de transformation. Cela permettra ainsi d’établir des méthodes et techniques pour optimiser l’efficacité d’un produit ou leur capacité à se dégrader dans l’environnement. Elles sont donc essentielles pour les industriels qui sont continuellement à la recherche de process de fabrication plus rapides et efficients.
