La modelisation temporelle d'un systeme chimique

La cinétique chimique est l'étude de la vitesse à laquelle les réactions chimiques se produisent et des facteurs qui l'influencent. Elle s'intéresse au "combien de temps" une transformation prendra, par opposition à la thermodynamique qui se concentre sur le "si" elle aura lieu (sens et équilibre).

Les enjeux de la cinétique sont multiples :

• Comprendre les mécanismes : Savoir comment les réactifs se transforment en produits à l'échelle moléculaire.
• Optimiser les processus industriels : Contrôler la vitesse de production, éviter les réactions secondaires indésirables, améliorer le rendement.
• Sécurité : Prévenir les réactions explosives ou trop lentes.
• Environnement : Étudier la dégradation des polluants ou la formation de substances dans l'atmosphère.

Les facteurs cinétiques sont les grandeurs qui peuvent modifier la vitesse d'une réaction. Les principaux sont :

• La température : Augmenter la température accélère généralement les réactions.
• La concentration des réactifs : Plus les réactifs sont concentrés, plus les collisions sont fréquentes, et plus la réaction est rapide.
• La présence d'un catalyseur : Un catalyseur accélère la réaction sans être consommé.
• La surface de contact : Pour les réactions hétérogènes (phases différentes), une surface de contact plus grande favorise la réaction.

Pour étudier la cinétique d'une réaction, il est nécessaire de suivre l'évolution des concentrations des réactifs ou des produits au cours du temps. On parle de suivi temporel.

Il existe deux grandes catégories de méthodes :

1. Méthodes physiques : Elles mesurent une grandeur physique directement liée à la concentration d'une espèce chimique. Elles sont souvent non-destructives et permettent un suivi en temps réel.

   • Conductimétrie : Mesure de la conductivité d'une solution. Utile si des ions sont consommés ou produits. Par exemple, la réaction d'hydrolyse d'un ester en présence d'une base forte.
   • pH-métrie : Mesure du pH. Utile si des ions $\text{H}^+$ ou $\text{OH}^-$ sont consommés ou produits. Par exemple, l'ajout d'un acide ou d'une base.
   • Spectrophotométrie : Mesure de l'absorbance d'une solution à une longueur d'onde donnée. Utilisée si l'un des réactifs ou produits absorbe la lumière dans le visible ou l'UV. La loi de Beer-Lambert ($A = \epsilon \cdot l \cdot C$) relie l'absorbance à la concentration.
   • Autres : Mesure de pression (pour les gaz), densimétrie, etc.

2. Méthodes chimiques : Elles impliquent le prélèvement d'échantillons à différents instants, puis l'analyse de ces échantillons.

   • Titrage (ou dosage) : Un échantillon est prélevé, sa réaction est "bloquée" (trempe, par exemple par refroidissement rapide ou dilution) pour arrêter la transformation, puis on titre une espèce chimique présente dans l'échantillon pour déterminer sa concentration.

Le tableau d'avancement est un outil fondamental pour relier les quantités de matière des différentes espèces à un instant $t$ à l'avancement de la réaction. Pour une réaction générique $aA + bB \rightarrow cC + dD$:

L'avancement $x(t)$ est exprimé en moles. Il permet de quantifier l'étendue de la réaction à un instant donné.

• Avancement $x(t)$ : C'est la quantité de matière transformée au cours du temps, exprimée en moles (mol). Comme vu précédemment, il est au cœur du tableau d'avancement.

• Vitesse volumique de réaction $v(t)$ : C'est la variation de l'avancement par unité de temps et par unité de volume. Elle est exprimée en $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$. $v(t) = \frac{1}{V} \frac{dx}{dt}$ où $V$ est le volume total de la solution (constant si la réaction est en phase liquide sans changement de volume). La vitesse peut aussi être exprimée en fonction de la concentration d'un réactif ou d'un produit. Pour la réaction $aA + bB \rightarrow cC + dD$: $v(t) = -\frac{1}{a} \frac{d[A]}{dt} = -\frac{1}{b} \frac{d[B]}{dt} = \frac{1}{c} \frac{d[C]}{dt} = \frac{1}{d} \frac{d[D]}{dt}$ Le signe moins indique que la concentration des réactifs diminue. La vitesse est toujours une grandeur positive. Graphiquement, la vitesse instantanée est déterminée par la pente de la tangente à la courbe d'avancement $x(t)$ ou de concentration $[X](t)$ à l'instant considéré. La vitesse diminue généralement au cours du temps car les concentrations des réactifs diminuent.

• Temps de demi-réaction $t_{1/2}$ : C'est le temps nécessaire pour que l'avancement de la réaction atteigne la moitié de sa valeur finale (ou maximale si la réaction est totale). $x(t_{1/2}) = \frac{x_{final}}{2}$ Pour une réaction totale où un réactif limitant $R$ est totalement consommé, $t_{1/2}$ est le temps au bout duquel la concentration du réactif limitant a diminué de moitié par rapport à sa concentration initiale : $[R](t_{1/2}) = \frac{[R]_0}{2}$ Le $t_{1/2}$ est une grandeur caractéristique de la rapidité d'une réaction. Plus $t_{1/2}$ est petit, plus la réaction est rapide.

La loi de vitesse est une équation qui relie la vitesse instantanée d'une réaction aux concentrations des réactifs (et parfois des produits ou catalyseurs). Pour une réaction générique $aA + bB \rightarrow cC + dD$, la loi de vitesse s'écrit généralement sous la forme : $v = k \cdot [A]^\alpha \cdot [B]^\beta$ où :

• $v$ est la vitesse volumique de réaction.
• $k$ est la constante de vitesse (ou constante cinétique). Elle dépend de la température et de la nature de la réaction, mais pas des concentrations. Son unité dépend de l'ordre global de la réaction.
• $[A]$ et $[B]$ sont les concentrations molaires des réactifs.
• $\alpha$ est l'ordre partiel par rapport au réactif A.
• $\beta$ est l'ordre partiel par rapport au réactif B.
• L'ordre global de la réaction est la somme des ordres partiels : $n = \alpha + \beta$.

Les ordres partiels $\alpha$ et $\beta$ sont des nombres qui sont presque toujours des entiers (0, 1, 2), mais peuvent parfois être des fractions ou des nombres négatifs. Ils ne sont pas nécessairement égaux aux coefficients stœchiométriques $a$ et $b$. Ils doivent être déterminés expérimentalement.

Une réaction est d'ordre 1 par rapport à un réactif si sa vitesse est proportionnelle à la concentration de ce réactif élevée à la puissance 1. Si la réaction est d'ordre 1 globalement (par exemple, $A \rightarrow Produits$), la loi de vitesse s'écrit : $\text{Équation de vitesse : } v = k \cdot [A]$ où $k$ est la constante de vitesse d'ordre 1, en $\text{s}^{-1}$.

Puisque $v = -\frac{d[A]}{dt}$, on a l'équation différentielle : $-\frac{d[A]}{dt} = k \cdot [A]$ L'intégration de la loi de vitesse conduit à l'expression de la concentration en fonction du temps : $\ln([A]_t) - \ln([A]_0) = -k \cdot t$ Ou de manière équivalente : $[A]_t = [A]_0 \cdot e^{-kt}$ où $[A]_0$ est la concentration initiale du réactif A à $t=0$, et $[A]_t$ est sa concentration à l'instant $t$. Une représentation graphique de $\ln([A]_t)$ en fonction de $t$ donne une droite de pente $-k$.

Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ pour l'ordre 1 est le temps au bout duquel $[A]_t = [A]_0 / 2$. En utilisant la loi intégrée : $\ln\left(\frac{[A]_0}{2}\right) - \ln([A]_0) = -k \cdot t_{1/2}$ $\ln(1/2) = -k \cdot t_{1/2}$ $- \ln(2) = -k \cdot t_{1/2}$ $t_{1/2} = \frac{\ln(2)}{k}$ Pour une réaction d'ordre 1, le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ est constant et indépendant de la concentration initiale du réactif. C'est une caractéristique majeure.

Une réaction peut être d'ordre 2 globalement. On distingue généralement deux cas :

1. Ordre 2 par rapport à un seul réactif : $2A \rightarrow Produits$. $\text{Équation de vitesse : } v = k \cdot [A]^2$ où $k$ est la constante de vitesse d'ordre 2, en $\text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$. L'intégration de la loi de vitesse donne : $\frac{1}{[A]_t} - \frac{1}{[A]_0} = k \cdot t$ Une représentation graphique de $1/[A]_t$ en fonction de $t$ donne une droite de pente $k$.

2. Ordre 1 par rapport à deux réactifs différents : $A + B \rightarrow Produits$. Si $v = k \cdot [A] \cdot [B]$. Les équations intégrées sont plus complexes. Cependant, un cas particulier est important : si l'un des réactifs est en large excès (par exemple, $[B]_0 \gg [A]_0$), sa concentration varie peu et peut être considérée comme constante. On parle alors de pseudo-ordre 1. $v = k' \cdot [A]$ où $k' = k \cdot [B]_{excès}$ est une constante de vitesse "apparente". La réaction suit alors une cinétique d'ordre 1 par rapport à A.

Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ pour l'ordre 2 (pour $v = k \cdot [A]^2$) : $t_{1/2} = \frac{1}{k \cdot [A]_0}$ Pour une réaction d'ordre 2, $t_{1/2}$ dépend de la concentration initiale du réactif. Il n'est pas constant.

La détermination de l'ordre d'une réaction est cruciale pour établir sa loi de vitesse.

1. Méthode différentielle (ou des vitesses initiales) :

   • On réalise plusieurs expériences en faisant varier la concentration initiale d'un seul réactif à la fois, tout en maintenant les autres constantes.
   • On mesure la vitesse initiale ($v_0$) pour chaque expérience (pente de la tangente à $t=0$ de la courbe de concentration).
   • En comparant les expériences, on peut déduire l'ordre partiel pour chaque réactif. Par exemple, si on double $[A]_0$ et que $v_0$ est multipliée par 2, l'ordre par rapport à A est 1. Si $v_0$ est multipliée par 4, l'ordre est 2. Si $v_0 = k \cdot [A]^\alpha \cdot [B]^\beta$: $\frac{v_{0,2}}{v_{0,1}} = \left(\frac{[A]_{0,2}}{[A]_{0,1}}\right)^\alpha \cdot \left(\frac{[B]_{0,2}}{[B]_{0,1}}\right)^\beta$. Si $[B]$ est constant, on peut déterminer $\alpha$.

2. Méthode intégrale (ou par linéarisation) :

   • On suppose un ordre (0, 1, ou 2) pour la réaction.
   • On trace la grandeur correspondant à la loi intégrée (par exemple, $\ln([A])$ pour l'ordre 1, $1/[A]$ pour l'ordre 2) en fonction du temps.
   • Si le graphique est une droite, l'ordre supposé est le bon. La pente de la droite permet de déterminer la constante de vitesse $k$.
   • C'est une méthode de vérification : on ne peut pas déterminer l'ordre directement, on le teste.

3. Méthode des temps de demi-réaction $t_{1/2}$ :

   • On mesure $t_{1/2}$ pour plusieurs concentrations initiales différentes du réactif.
   • Si $t_{1/2}$ est constant quelle que soit $[A]_0$, la réaction est d'ordre 1.
   • Si $t_{1/2}$ varie inversement proportionnellement à $[A]_0$ ($t_{1/2} \propto 1/[A]_0$), la réaction est d'ordre 2.
   • Si $t_{1/2}$ varie proportionnellement à $[A]_0$ ($t_{1/2} \propto [A]_0$), la réaction est d'ordre 0.

L'augmentation de la température accélère presque toujours la vitesse des réactions chimiques.

• Agitation thermique : À une température plus élevée, les molécules ont une énergie cinétique moyenne plus grande. Elles se déplacent plus rapidement, ce qui entraîne plus de collisions par unité de temps.
• Énergie d'activation ($E_a$) : C'est l'énergie minimale que doivent posséder les molécules de réactifs lors d'une collision pour que celle-ci soit efficace et conduise à la formation de produits. Seules les molécules ayant une énergie supérieure ou égale à $E_a$ peuvent réagir. À température plus élevée, une fraction plus importante des molécules possède cette énergie d'activation, même si le nombre total de collisions n'augmente pas énormément, le nombre de collisions efficaces augmente significativement.
• Loi d'Arrhenius : Cette loi modélise la dépendance de la constante de vitesse $k$ avec la température $T$. $k = A \cdot e^{-E_a / (R \cdot T)}$ où :
  • $A$ est le facteur pré-exponentiel (ou facteur de fréquence), lié à la fréquence des collisions et à l'orientation des molécules.
  • $E_a$ est l'énergie d'activation (en $\text{J} \cdot \text{mol}^{-1}$).
  • $R$ est la constante des gaz parfaits ($8.314 \text{ J} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$).
  • $T$ est la température absolue (en Kelvin). Une forme linéarisée de la loi d'Arrhenius est $\ln(k) = \ln(A) - \frac{E_a}{R \cdot T}$. En traçant $\ln(k)$ en fonction de $1/T$, on obtient une droite dont la pente est $-E_a/R$.

L'augmentation de la concentration des réactifs accélère la vitesse de réaction.

• Fréquence des collisions : Plus les réactifs sont concentrés, plus il y a de molécules par unité de volume. La probabilité que ces molécules se rencontrent et entrent en collision augmente, ce qui accroît la fréquence des collisions.
• Ordre de réaction : L'influence de la concentration est directement quantifiée par l'ordre de réaction. Si la réaction est d'ordre 1 par rapport à un réactif, doubler sa concentration double la vitesse. Si elle est d'ordre 2, doubler sa concentration multiplie la vitesse par quatre.
• Réactif limitant : La concentration du réactif limitant (celui qui est consommé en premier) est souvent déterminante pour la vitesse de réaction, surtout vers la fin de la transformation.

Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée au cours de cette réaction. Il peut être récupéré intact à la fin de la réaction.

• Mécanisme d'action : Un catalyseur agit en proposant un chemin réactionnel alternatif qui a une énergie d'activation $E_a$ plus faible que le chemin non catalysé. Il ne modifie pas l'énergie des réactifs ou des produits, ni la position de l'équilibre chimique (il accélère la réaction dans les deux sens).
• Types de catalyse :
  • Catalyse homogène : Le catalyseur est dans la même phase que les réactifs (par exemple, tous en solution liquide).
  • Catalyse hétérogène : Le catalyseur est dans une phase différente des réactifs (par exemple, un catalyseur solide pour des réactifs gazeux ou liquides). La réaction a lieu à la surface du catalyseur.
  • Catalyse enzymatique : Réalisée par des enzymes (biocatalyseurs) dans les systèmes biologiques. Très spécifique et efficace.

Ce facteur est particulièrement important pour les réactions hétérogènes.

• Pour qu'une réaction ait lieu entre des espèces de phases différentes (par exemple, un solide et un liquide, ou un solide et un gaz), les réactifs doivent entrer en contact.
• La réaction se produit principalement à l'interface entre les phases.
• Poudre vs. bloc : Si un réactif solide est sous forme de poudre, sa surface de contact avec l'autre réactif (liquide ou gazeux) est beaucoup plus grande que s'il est sous forme de bloc. Une plus grande surface de contact signifie plus de sites disponibles pour que la réaction se produise, et donc une vitesse de réaction accrue.
• Ceci explique pourquoi les catalyseurs hétérogènes sont souvent utilisés sous forme de poudres fines ou déposés sur des supports poreux (grande surface).

La modélisation numérique d'une cinétique chimique vise à prédire l'évolution des concentrations au cours du temps. La première étape est d'établir les équations différentielles qui décrivent ces évolutions.

Pour chaque espèce chimique $X$, sa vitesse de variation de concentration $\frac{d[X]}{dt}$ est la somme algébrique des vitesses des réactions élémentaires dans lesquelles $X$ est impliqué, pondérées par les coefficients stœchiométriques.

Exemple : Réaction $A \xrightarrow{k} B$ d'ordre 1 par rapport à A.

• Loi de vitesse : $v = k[A]$
• Bilan de matière pour A : $v = -\frac{d[A]}{dt} \implies \frac{d[A]}{dt} = -k[A]$
• Bilan de matière pour B : $v = \frac{d[B]}{dt} \implies \frac{d[B]}{dt} = k[A]$

Pour un système d'équations plus complexe (plusieurs réactions simultanées, mécanismes réactionnels) : Chaque espèce chimique aura une équation différentielle. Si $A + B \xrightarrow{k_1} C$ et $C \xrightarrow{k_2} D$.

• $\frac{d[A]}{dt} = -k_1[A][B]$
• $\frac{d[B]}{dt} = -k_1[A][B]$
• $\frac{d[C]}{dt} = k_1[A][B] - k_2[C]$
• $\frac{d[D]}{dt} = k_2[C]$

Ces systèmes d'équations différentielles ne sont pas toujours solubles analytiquement, d'où l'intérêt des méthodes numériques.

La méthode d'Euler est une technique simple et largement utilisée pour résoudre numériquement des équations différentielles. Elle est basée sur l'approximation que la vitesse de réaction est constante sur un petit intervalle de temps $\Delta t$.

Principe de la méthode : Si on connaît la concentration d'une espèce $[X]$ à un instant $t$, et sa vitesse de variation $\frac{d[X]}{dt}$ à cet instant, on peut estimer sa concentration à l'instant $t + \Delta t$. $[X]_{t+\Delta t} = [X]_t + \left(\frac{d[X]}{dt}\right)_t \cdot \Delta t$

Calcul itératif des concentrations :

1. Initialisation : On connaît les concentrations initiales $[X]_0$ à $t=0$.
2. Itération : Pour chaque pas de temps, de $t_i$ à $t_{i+1} = t_i + \Delta t$:
   • On calcule les vitesses de réaction à l'instant $t_i$ en utilisant les concentrations $[X]_{t_i}$.
   • On calcule les dérivées $\left(\frac{d[X]}{dt}\right)_{t_i}$ pour chaque espèce.
   • On met à jour les concentrations pour l'instant $t_{i+1}$ en utilisant la formule d'Euler.
3. On répète l'étape 2 jusqu'au temps final souhaité.

Le pas de temps $\Delta t$ est crucial. Plus $\Delta t$ est petit, plus la précision de la simulation est grande, mais plus le temps de calcul est long. Un $\Delta t$ trop grand peut rendre la simulation instable ou inexacte.

La méthode d'Euler est particulièrement adaptée à l'implémentation sur des outils numériques.

• Tableur (Excel, LibreOffice Calc) :

  • Créer des colonnes pour le temps $t$ et les concentrations de chaque espèce.
  • Entrer les conditions initiales à $t=0$.
  • Dans la ligne suivante (pour $t+\Delta t$), utiliser les formules d'Euler en faisant référence aux cellules précédentes.
  • Tirer les formules vers le bas pour simuler l'évolution sur le temps.
  • Tracer les courbes de concentration en fonction du temps.

• Python (avec des bibliothèques comme NumPy et Matplotlib) :

  • Définir une fonction qui calcule les dérivées $\frac{d[X]}{dt}$ en fonction des concentrations actuelles.
  • Initialiser les concentrations et le pas de temps.
  • Utiliser une boucle for ou while pour implémenter l'algorithme d'Euler.
  • Stocker les résultats dans des listes ou des tableaux NumPy.
  • Utiliser Matplotlib pour tracer les courbes. L'avantage de Python est sa flexibilité pour des systèmes complexes et la possibilité d'utiliser des méthodes numériques plus avancées (ex: Runge-Kutta) pour une meilleure précision.

La comparaison avec les données expérimentales est essentielle. Les courbes simulées doivent correspondre aux points expérimentaux pour valider le modèle cinétique (ordres de réaction et constantes de vitesse) que l'on a choisi. Si les courbes ne correspondent pas, il faut revoir les hypothèses du modèle.

• Précision de la méthode d'Euler : C'est une méthode d'approximation. Elle est simple mais peut accumuler des erreurs, surtout avec des pas de temps $\Delta t$ trop grands ou des cinétiques très rapides. D'autres méthodes (Runge-Kutta d'ordre 4 par exemple) sont plus précises mais plus complexes à implémenter.
• Validité du modèle : La simulation ne vaut que ce que vaut le modèle (les lois de vitesse, les ordres de réaction, les constantes $k$). Si le modèle est incorrect, la simulation le sera aussi.
• Interprétation des écarts : Si la simulation s'écarte des données expérimentales, cela peut signifier :
  • Une erreur dans la détermination des ordres ou des constantes de vitesse.
  • La présence de réactions secondaires non prises en compte.
  • Une simplification excessive du mécanisme réactionnel.
  • Des erreurs expérimentales. L'analyse des écarts est une étape cruciale pour affiner le modèle.

Un mécanisme réactionnel est une description détaillée de la séquence d'événements (étapes élémentaires) qui se produisent au niveau moléculaire lorsque les réactifs se transforment en produits. La plupart des réactions chimiques ne se produisent pas en une seule étape.

• Séquence d'étapes élémentaires : Chaque étape élémentaire décrit une collision ou une transformation monomoléculaire. C'est la réaction telle qu'elle se produit réellement au niveau microscopique.
• Intermédiaires réactionnels : Ce sont des espèces chimiques formées dans une étape élémentaire et consommées dans une étape ultérieure. Ils n'apparaissent pas dans l'équation bilan globale de la réaction et sont souvent très instables et de courte durée de vie.
• Étape cinétiquement déterminante (ECD) ou étape limitante : C'est l'étape la plus lente du mécanisme réactionnel. Elle détermine la vitesse globale de la réaction. Si on peut identifier l'ECD, la loi de vitesse de la réaction globale sera celle de cette étape lente.

• Molécularité d'une étape élémentaire : C'est le nombre de molécules (ou atomes ou ions) qui entrent en collision et réagissent dans une étape élémentaire.
  • Unimoléculaire : Une seule molécule se transforme (ex: $A \rightarrow Produits$). Molécularité = 1.
  • Bimoléculaire : Deux molécules entrent en collision (ex: $A + B \rightarrow Produits$ ou $2A \rightarrow Produits$). Molécularité = 2.
  • Trimoléculaire : Trois molécules entrent en collision (rare). Molécularité = 3.
• Relation entre molécularité et ordre pour une étape élémentaire : Pour une étape élémentaire, l'ordre partiel par rapport à chaque réactif est égal à son coefficient stœchiométrique dans cette étape. L'ordre global de l'étape élémentaire est égal à sa molécularité. Exemple : si $A + B \xrightarrow{k_{elem}} C$ est une étape élémentaire, alors sa loi de vitesse est $v = k_{elem}[A][B]$. Elle est d'ordre 1 par rapport à A, d'ordre 1 par rapport à B, et d'ordre global 2 (bimoléculaire).
• Différence entre ordre global et molécularité : L'ordre global est une grandeur expérimentale qui s'applique à la réaction globale. La molécularité est une notion théorique qui s'applique uniquement à une étape élémentaire. L'ordre global d'une réaction ne correspond aux coefficients stœchiométriques de l'équation bilan que si la réaction est une étape élémentaire (ce qui est rare).

1. Réactions en chaîne : Impliquent des intermédiaires très réactifs appelés radicaux. Elles se déroulent en plusieurs phases :

   • Initiation : Formation des premiers radicaux (souvent par rupture homolytique sous l'effet de la chaleur ou de la lumière).
   • Propagation : Les radicaux réagissent avec des molécules stables pour former de nouveaux radicaux et des produits. Cette étape se répète.
   • Terminaison : Deux radicaux se combinent pour former une molécule stable, ce qui met fin à la chaîne. Exemple : la réaction de chloration du méthane ($\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}$) sous UV.

2. Réactions d'addition : Souvent rencontrées en chimie organique. Par exemple, l'addition d'une molécule sur une double liaison. Le mécanisme peut impliquer plusieurs étapes avec des intermédiaires carbocations.

3. Réactions de substitution : Un atome ou un groupe d'atomes est remplacé par un autre. Par exemple, la substitution nucléophile ($\text{SN}_1$ ou $\text{SN}_2$).

   • $\text{SN}_1$ (Substitution Nucléophile Monomoléculaire) : Deux étapes. La première, lente, est la formation d'un carbocation (étape cinétiquement déterminante). La seconde, rapide, est l'attaque du nucléophile sur le carbocation. La vitesse dépend uniquement de la concentration du substrat : $v = k[\text{Substrat}]$.
   • $\text{SN}_2$ (Substitution Nucléophile Bimoléculaire) : Une seule étape concertée où le nucléophile attaque en même temps que le groupe partant s'en va. La vitesse dépend des concentrations du substrat et du nucléophile : $v = k[\text{Substrat}][\text{Nucléophile}]$.

Comprendre le mécanisme permet de justifier la loi de vitesse observée expérimentalement et d'anticiper le comportement de la réaction dans différentes conditions.