Générateur de diagrammes énergétiques
Des diagrammes d’énergie potentielle à l’échelle : profils exothermiques et endothermiques avec flèches Ea et ΔrH, voies catalysées, mécanismes en plusieurs étapes et courbes d’énergie d’une liaison, pour TD, cours et articles.
Styles de diagrammes énergétiques
Quatre styles, chacun sur un diagramme différent : un profil SN2 pour CH₃Br + OH⁻ avec son état de transition [HO···CH₃···Br]⁻ aux couleurs d’un manuel, un profil d’examen endothermique gradué tous les 20 kJ avec Ea directe et inverse en noir et blanc, un diagramme d’enthalpie libre issu de calculs DFT en paliers reliés par des pointillés avec l’étape cinétiquement déterminante, en figure de revue, et une voie enzymatique passant par ES et EP face à la réaction non catalysée sur une diapositive sombre.
Exemples de diagrammes énergétiques
Quatre rendus réels, chacun obtenu avec le prompt de sa carte : la dismutation de l’eau oxygénée avec et sans iodure (Ea 75 et 56 kJ·mol⁻¹, ΔrH = −98 kJ·mol⁻¹), un profil endothermique en une étape annoté uniquement par des symboles, un profil SN1 en deux étapes avec Ea1 = 95 et Ea2 = 7 kJ·mol⁻¹ et l’étape cinétiquement déterminante signalée, et la courbe d’énergie potentielle de H₂ avec son minimum à 74 pm. Cliquez sur une carte pour charger son prompt.
Qu’est-ce qu’un diagramme énergétique ?
Un diagramme énergétique, ou profil énergétique, ou diagramme d’énergie potentielle, représente l’énergie d’un système réactionnel en fonction de la coordonnée de réaction : l’avancement depuis les réactifs, à gauche, jusqu’aux produits, à droite. Chaque sommet est un état de transition et chaque creux entre deux sommets un intermédiaire réactionnel. La montée des réactifs jusqu’au sommet d’une barrière est l’énergie d’activation Ea ; l’écart vertical entre le palier des réactifs et celui des produits est l’enthalpie de réaction ΔrH. Des produits plus bas que les réactifs signent une réaction exothermique, plus hauts une réaction endothermique, et un catalyseur apparaît comme une barrière plus basse entre les deux mêmes paliers.
À propos de ce générateur
- Saisissez les niveaux comme dans vos notes : réactifs 0, ET1 +85, intermédiaire +20, ET2 +60, produits −45 kJ·mol⁻¹. Ou donnez Ea et ΔrH de chaque étape (Ea = 50 kJ·mol⁻¹, ΔrH = −30 kJ·mol⁻¹) : les niveaux sont additionnés avant tout tracé.
- La courbe est calculée par chaque point stationnaire : elle culmine exactement à chaque état de transition et descend exactement à chaque intermédiaire, sans bosse parasite ; quand tous les niveaux sont chiffrés, les hauteurs sont à l’échelle.
- Chaque flèche d’énergie d’activation part du minimum qui précède sa barrière, jamais de l’axe ; la flèche ΔrH va du palier des réactifs à celui des produits et porte son signe, ΔrH = −45 kJ·mol⁻¹ ou ΔrH = +30 kJ.
- Sans aucune valeur (« une réaction endothermique avec et sans catalyseur »), la forme suit votre description et les flèches ne portent que des symboles, Ea et ΔH > 0. Aucune valeur n’est inventée.
- Les unités restent telles que vous les écrivez (kJ·mol⁻¹, kJ/mol, kcal/mol, eV). Demandez un diagramme d’enthalpie libre et les flèches deviennent ΔG‡ et ΔG° ; demandez des paliers reliés par des pointillés et vous obtenez le diagramme en marches des articles DFT.
Les diagrammes énergétiques que vous pouvez tracer
Huit figures que les cours de chimie et les articles tracent sur ces axes, ce qui les distingue et ce qu’il faut écrire pour les obtenir.
Diagramme énergétique d’une réaction exothermique
Les produits finissent sous les réactifs : ΔrH est négatif et la flèche ΔrH pointe vers le bas. La barrière inverse est toujours la plus haute : avec Ea = 50 kJ·mol⁻¹ et ΔrH = −120 kJ·mol⁻¹, le retour depuis les produits doit franchir 170 kJ·mol⁻¹. Donnez les deux nombres, ou écrivez seulement « exothermique » et les flèches portent Ea et ΔH < 0.
Diagramme énergétique d’une réaction endothermique
Les produits finissent au-dessus des réactifs, ΔrH est positif et la barrière doit couvrir au moins cet écart. Réactifs à 40 kJ, complexe activé à 100 kJ et produits à 70 kJ donnent Ea = 60 kJ dans le sens direct, 30 kJ dans le sens inverse et ΔrH = +30 kJ, l’exercice d’examen classique ; ajoutez « axe gradué tous les 20 kJ » pour une échelle.
Énergie d’activation avec et sans catalyseur
Deux chemins entre les mêmes paliers de réactifs et de produits : le chemin catalysé plus bas, en pointillés, avec sa propre flèche Ea, et un seul ΔrH pour les deux, car un catalyseur ne le modifie jamais. L’exemple de manuel est la dismutation de l’eau oxygénée : Ea 75 kJ·mol⁻¹ seule et 56 kJ·mol⁻¹ avec l’iodure, ΔrH = −98 kJ·mol⁻¹. Le diagramme d’une catalyse enzymatique est la même figure, la voie catalysée passant par les complexes ES et EP.
Profil d’une réaction en plusieurs étapes
Un sommet par acte élémentaire et un creux par intermédiaire, chaque étape avec sa propre Ea mesurée depuis le minimum qui la précède. Réactifs 0, ET1 +85, intermédiaire +20, ET2 +60, produits −45 kJ·mol⁻¹ donnent Ea1 = 85 et Ea2 = 40 kJ·mol⁻¹. Demandez de « marquer l’étape cinétiquement déterminante » et elle est trouvée à partir des nombres : la plus grande montée depuis le point le plus bas qui précède un sommet, ce qui n’est pas toujours le sommet le plus haut.
Diagrammes énergétiques SN1 et SN2
La SN2 se fait en une étape : un seul sommet à l’état de transition pentacoordiné [Nu···C···GP]‡, sans intermédiaire. La SN1 en deux : ionisation en carbocation par-dessus la haute première barrière, puis une petite seconde barrière quand le nucléophile s’additionne. Nommez le mécanisme et la forme suit ; donnez les niveaux de ET1, du carbocation et de ET2 pour un tracé à l’échelle. Les profils E2 et E1 ont les deux mêmes formes.
Diagramme d’enthalpie libre (ΔG‡)
L’axe vertical porte G, les flèches deviennent ΔG‡ et ΔG°, et les articles de chimie théorique dessinent chaque état comme un court palier horizontal relié au suivant par des pointillés. Écrivez « enthalpie libre, kcal/mol, paliers reliés par des pointillés » avec vos valeurs DFT ; le style revue ajoute une graduation. À 25 °C, une barrière de 18,4 kcal/mol correspond à une constante de vitesse d’environ 0,2 s⁻¹, soit un temps de demi-réaction d’environ 3,4 s.
Diagramme enthalpique
La même figure avec l’enthalpie H sur l’axe vertical : réactifs et produits sous forme de paliers, ΔrH entre eux, Ea au-dessus de la bosse. Ne donnez que les réactifs et les produits et vous obtenez le diagramme enthalpique à deux niveaux, avec une seule flèche ΔrH et sans barrière ; ajoutez Ea et la courbe apparaît entre les deux.
Courbe d’énergie potentielle d’une liaison (Morse, Lennard-Jones)
L’autre figure appelée diagramme d’énergie potentielle : l’énergie de deux atomes en fonction de la distance entre leurs noyaux, avec un mur répulsif abrupt, un minimum à la longueur de liaison et une asymptote à zéro quand les atomes sont séparés. H₂ est tracé avec son minimum à 74 pm et un puits profond de 436 kJ·mol⁻¹ ; nommez Lennard-Jones et donnez ε et σ pour une paire de van der Waals comme l’argon (ε = 0,998 kJ·mol⁻¹, σ = 340 pm), dont le minimum se trouve à 2^(1/6)σ = 382 pm.
Lire un diagramme énergétique
Ce qu’est chaque élément d’un profil de réaction, où le trouver sur la figure et ce qu’il dit de la réaction.
| Élément | Où il se trouve | Ce qu’il indique |
|---|---|---|
| Réactifs et produits | Les paliers horizontaux aux extrémités gauche et droite | Leurs énergies ; l’écart entre eux est ΔrH |
| État de transition (‡) | Chaque sommet | La configuration la plus énergétique d’un acte élémentaire ; elle dure le temps d’une vibration de liaison et ne peut pas être isolée |
| Intermédiaire réactionnel | Un creux entre deux sommets | Une espèce réelle de durée de vie finie, comme le carbocation de la SN1 ; parfois détectable |
| Énergie d’activation Ea | Du minimum qui précède un sommet jusqu’à ce sommet | La lenteur de cette étape : à 25 °C, chaque 5,7 kJ·mol⁻¹ (1,36 kcal/mol) de plus la rend environ dix fois plus lente |
| Énergie d’activation inverse | Des produits jusqu’au dernier sommet | La barrière de la réaction inverse : Ea(inverse) = Ea(directe) − ΔrH |
| ΔrH (ΔG° sur un diagramme d’enthalpie libre) | Écart vertical entre le palier des réactifs et celui des produits | Négatif : exothermique (exergonique), énergie libérée ; positif : endothermique (endergonique) |
| Étape cinétiquement déterminante | L’étape dont la montée depuis le point le plus bas qui la précède est la plus grande | L’étape qui fixe la vitesse globale ; le plus souvent, mais pas toujours, celle du sommet le plus haut |
| Voie catalysée | Un chemin plus bas entre les deux mêmes paliers | Ea plus faible, souvent des intermédiaires en plus ; ΔrH et position de l’équilibre inchangés |
La coordonnée de réaction n’a ni unité ni graduation. Elle ordonne les stades de la réaction de gauche à droite ; seul l’axe vertical est une grandeur mesurée, l’espacement horizontal d’un diagramme énergétique ne signifie donc rien.
Diagramme énergétique exothermique ou endothermique
Les trois mêmes éléments, les paliers, la barrière et les deux flèches, se lisent différemment selon le palier le plus bas.
| Exothermique | Endothermique | |
|---|---|---|
| Produits par rapport aux réactifs | Plus bas | Plus haut |
| Signe de ΔrH | Négatif, ΔrH < 0 | Positif, ΔrH > 0 |
| Flèche ΔrH | Vers le bas | Vers le haut |
| Barrières directe et inverse | Ea(directe) inférieure à Ea(inverse) | Ea(directe) supérieure à Ea(inverse), et au moins égale à ΔrH |
| Énergie et milieu extérieur | Chaleur libérée, le milieu se réchauffe | Chaleur absorbée, le milieu se refroidit |
| État de transition (postulat de Hammond) | Précoce, proche des réactifs | Tardif, proche des produits |
| Exemples | Combustion du méthane, ΔrH = −890 kJ·mol⁻¹ ; dismutation de H₂O₂, −98 kJ·mol⁻¹ | CaCO₃ → CaO + CO₂, ΔrH = +178 kJ·mol⁻¹ ; N₂ + O₂ → 2 NO, +181 kJ·mol⁻¹ |
Exothermique ne veut pas dire rapide. Le signe de ΔrH vient des deux paliers et la vitesse de la barrière : le méthane et le dioxygène coexistent sans réagir jusqu’à ce qu’une étincelle fournisse l’énergie d’activation, alors que la réaction libère 890 kJ·mol⁻¹.
ΔrH à partir des deux barrières, et ce que vaut un catalyseur
Sur tout diagramme énergétique, ΔrH = Ea(directe) − Ea(inverse), et la loi d’Arrhenius traduit une variation de barrière en variation de vitesse. Abaisser Ea de quelques kJ·mol⁻¹ accélère une réaction de nombreuses fois, car la barrière figure dans un exposant.
ΔrH = Ea,dir − Ea,inv k = A·e^(−Ea / RT) k_cat / k_non cat = e^((Ea,non cat − Ea,cat) / RT)
En mots
L’écart entre les paliers est la différence des deux montées ; chaque kJ·mol⁻¹ retiré à la barrière multiplie la vitesse.
L’iodure abaisse la barrière de la dismutation de l’eau oxygénée de 75 à 56 kJ·mol⁻¹. À 25 °C, cela donne e^(19 000 / (8,314 × 298)) ≈ 2 100 : la réaction catalysée est environ deux mille fois plus rapide (à facteur A égal), tandis que ΔrH reste à −98 kJ·mol⁻¹. Sur un diagramme d’enthalpie libre, le même calcul utilise ΔG‡ dans l’équation d’Eyring, k = (k_B·T / h)·e^(−ΔG‡ / RT).
FAQ sur le diagramme énergétique
Comment tracer un diagramme énergétique ?
L’énergie en ordonnée, la coordonnée de réaction en abscisse, les réactifs en court palier à gauche et les produits à droite, une bosse par étape entre les deux ; puis la flèche Ea du palier des réactifs au sommet et la flèche ΔrH des réactifs aux produits. Ici, vous saisissez plutôt les niveaux, par exemple « réactifs 0, état de transition 75, produits −98 kJ/mol », ou seulement Ea et ΔrH, et la bosse, les deux flèches et leurs valeurs sont placées pour vous.
D’où part la flèche de l’énergie d’activation ?
De l’énergie de ce qui précède immédiatement la barrière, les réactifs pour une réaction en une étape ou l’intermédiaire pour une étape ultérieure, et elle s’arrête au sommet de cette barrière. Elle ne part ni de l’axe des abscisses ni de zéro. Sur un profil en deux étapes avec réactifs 0, ET1 85, intermédiaire 20 et ET2 60, l’Ea de la deuxième étape vaut 60 − 20 = 40, pas 60.
Comment savoir si une réaction est exothermique ou endothermique sur un diagramme énergétique ?
Comparez les deux paliers : des produits plus bas que les réactifs signifient exothermique (ΔrH < 0), plus hauts endothermique (ΔrH > 0). La hauteur de la barrière n’en dit rien ; une réaction endothermique peut avoir une petite Ea et une réaction exothermique une Ea énorme.
Quelle différence entre état de transition et intermédiaire réactionnel ?
Un état de transition est un sommet, un intermédiaire un creux. L’état de transition est le point le plus haut d’un acte élémentaire, une structure à mi-chemin entre rupture et formation de liaisons, impossible à isoler ; un intermédiaire est une espèce réelle formée à une étape et consommée à la suivante, comme le carbocation de la SN1. Un diagramme à n étapes compte n états de transition et n − 1 intermédiaires.
Comment un catalyseur modifie-t-il le diagramme énergétique ?
Il ajoute un chemin plus bas entre les mêmes paliers de réactifs et de produits : Ea diminue, ΔrH reste exactement le même. La voie catalysée compte souvent plus d’étapes, chacune à barrière plus faible, car le catalyseur fixe les réactifs puis les relâche transformés. Les diagrammes enzymatiques le montrent par des creux pour le complexe enzyme-substrat (ES) et enzyme-produit (EP). Un catalyseur accélère autant la réaction directe que l’inverse et ne déplace pas l’équilibre.
Comment trouver l’étape cinétiquement déterminante sur un diagramme énergétique ?
Dans la plupart des profils de manuel, c’est l’étape dont l’état de transition est le plus haut. Rigoureusement, c’est l’étape dont la montée depuis le point le plus bas qui la précède est la plus grande. Les deux peuvent différer : avec réactifs 0, ET1 50, intermédiaire −40, ET2 30 et produits −60, ET1 est le sommet le plus haut, mais la deuxième étape doit remonter de 70 depuis l’intermédiaire profond, c’est donc elle qui limite la vitesse. Demandez au générateur de marquer l’étape cinétiquement déterminante et il applique cette règle à vos nombres.
À quoi ressemblent les diagrammes énergétiques de la SN1 et de la SN2 ?
La SN2 a une seule bosse : formation et rupture de liaison se font ensemble en un état de transition, v = k[substrat][nucléophile]. La SN1 a deux bosses avec le carbocation dans le creux qui les sépare ; la première, l’ionisation, est la barrière la plus haute et l’étape cinétiquement déterminante, donc v = k[substrat]. Un carbocation plus stable (tertiaire plutôt que primaire) abaisse à la fois cet intermédiaire et la barrière qui y mène.
Quelle différence entre diagramme d’énergie potentielle, enthalpique et d’enthalpie libre ?
Seulement la grandeur portée en ordonnée. Au lycée on parle d’énergie ou d’énergie potentielle, en thermochimie d’enthalpie H, et en chimie organique, biochimie et chimie théorique d’enthalpie libre G, avec ΔG‡ pour la barrière et ΔG° pour la variation globale. Précisez celle que vous voulez, ou écrivez « enthalpie libre », et l’axe et les flèches s’adaptent.
Que montre la courbe d’énergie potentielle d’une liaison ?
La variation de l’énergie de deux atomes avec la distance qui les sépare. Loin l’un de l’autre, elle est nulle ; en se rapprochant, elle descend jusqu’à un minimum à la longueur de liaison, et plus près encore elle remonte brutalement à cause de la répulsion des noyaux. Pour H₂, le minimum est à 74 pm. Les manuels annotent le puits à 436 kJ·mol⁻¹, l’enthalpie de liaison ; rigoureusement, la profondeur du puits Dₑ vaut 458 kJ·mol⁻¹ et l’énergie nécessaire depuis le niveau vibrationnel fondamental, D₀, 432 kJ·mol⁻¹. Écrivez la valeur que vous voulez voir imprimée et c’est elle qui sert d’étiquette.
L’IA modifie-t-elle mes énergies ou invente-t-elle des valeurs ?
Non. Chaque niveau, chaque Ea et ΔrH, l’échelle et l’étape cinétiquement déterminante sont calculés à partir de vos nombres avant la génération de l’image, et le modèle d’image se contente de les placer. Les valeurs ne sont imprimées que là où vous les avez données ou là où elles découlent des vôtres (une Ea déduite de deux niveaux donnés). Une demande sans nombres est dessinée comme une forme annotée avec les symboles Ea et ΔH, sans valeur.
Sources
- 12.7 Catalysis — OpenStax, Chemistry 2e
- 4.4: Ea and Catalysts — LibreTexts Chemistry, modules complémentaires (cinétique)
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Outils
Un diagramme énergétique avec chaque niveau à sa place
Saisissez les énergies des réactifs, états de transition, intermédiaires et produits, ou décrivez simplement la réaction, et obtenez un profil prêt pour un TD, un cours ou un article.
Tracer un diagramme énergétique