Modélisation des Transformations Chimiques
Cours · chimie (seconde), chapitre 4 · seconde générale, physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Une transformation chimique se produit lorsque des substances chimiques réagissent entre elles pour en former de nouvelles. Ce chapitre présente la distinction entre transformation, réaction et équation chimique, montre comment ajuster les coefficients stœchiométriques, et explique comment se servir des proportions qu'ils imposent pour identifier le réactif limitant et prévoir la composition du système à la fin de la transformation.
4.1 La Transformation Chimique et sa Modélisation
4.1.1 Transformation physique, chimique ou nucléaire
Avant même de modéliser une transformation, il faut savoir de quel type elle relève. Toutes les transformations de la matière ne se valent pas : certaines conservent les molécules, d'autres les réorganisent, d'autres enfin bouleversent les noyaux des atomes.
- Transformation physique : les espèces chimiques sont conservées ; seul l'état physique (solide, liquide, gaz) ou la forme change. Les molécules restent identiques.
Exemple : la fusion de la glace . - Transformation chimique : certaines espèces disparaissent (les réactifs) et de nouvelles apparaissent (les produits). Les molécules sont réorganisées, mais les éléments chimiques (les noyaux) sont conservés.
Exemple : la combustion du carbone . - Transformation nucléaire : le noyau des atomes lui-même est modifié : les éléments chimiques ne sont pas conservés (de nouveaux éléments apparaissent).
Exemple : la fission de l'uranium 235 dans le cœur d'une centrale nucléaire, . C'est cette réaction qui fournit la chaleur d'une centrale. Au cœur du Soleil, c'est au contraire une fusion, , qui convertit l'énergie rayonnée.
Trois niveaux de bouleversement : on conserve les molécules (physique), on conserve seulement les atomes (chimique), on ne conserve même plus les éléments (nucléaire).
Méthode : Distinguer transformation physique, chimique et nucléaire
Face à une transformation, on se pose les questions dans l'ordre :
- Les espèces chimiques (les formules des molécules) sont-elles les mêmes avant et après ? \ Si oui : la transformation est physique (seul l'état change).
- Sinon, les noyaux (donc les éléments) sont-ils conservés ? De nouvelles molécules apparaissent mais elles sont bâties avec les mêmes éléments : la transformation est chimique.
- Si les noyaux eux-mêmes changent (apparition de nouveaux éléments) : la transformation est nucléaire.
Un changement d'état (fusion, ébullition, solidification, sublimation) n'est jamais une transformation chimique : l'eau qui bout reste de l'eau. À l'inverse, un dégagement gazeux, un changement de couleur, la formation d'un solide (précipité) ou un dégagement de chaleur sont des indices d'une transformation chimique.
Une transformation chimique fait toujours passer un ensemble de réactifs à un ensemble de produits, comme le résume le schéma suivant :
4.1.2 Transformation chimique contre réaction chimique
Il convient de distinguer trois niveaux de description d'un phénomène chimique :
- La transformation chimique est le phénomène macroscopique observé. Elle décrit le passage d'un état initial à un état final.
- La réaction chimique est le modèle microscopique qui explique la transformation par des réarrangements d'atomes.
- L'équation de réaction est l'écriture symbolique qui traduit cette réaction à l'aide de formules chimiques et de coefficients numériques.
- L'état initial décrit le système chimique avant la transformation (espèces présentes, température, pression, quantités de matière initiales).
- L'état final décrit le système chimique après la transformation (lorsque l'évolution est terminée et que les quantités de matière ne varient plus).
- Les réactifs sont les espèces chimiques consommées au cours de la transformation (leurs quantités diminuent).
- Les produits sont les espèces chimiques formées au cours de la transformation (leurs quantités augmentent).
- Les espèces chimiques présentes mais qui ne participent pas à la réaction sont appelées des espèces spectatrices.
4.1.3 L'équation de réaction et ses coefficients
Au cours d'une réaction chimique, il y a conservation rigoureuse :
- Des éléments chimiques (les atomes des réactifs se réorganisent mais aucun ne disparaît ou ne se crée).
- De la charge électrique totale.
Pour traduire ces conservations, on place des nombres appelés coefficients stœchiométriques devant les formules chimiques des réactifs et des produits.
Méthode : Ajuster une équation de réaction
Pour équilibrer une équation chimique :
- Commencer par ajuster les atomes d'éléments autres que l'hydrogène et l'oxygène (comme le carbone, l'azote, le fer).
- Ajuster ensuite les atomes d'hydrogène ().
- Terminer par les atomes d'oxygène ().
- Vérifier enfin la conservation des charges si des ions sont présents.
Exercices du chapitre
- Cinq transformations à classer corrigé
- Trois équations à ajuster corrigé
- Réactifs et produits d'une combustion corrigé
- Un élève qui change la formule corrigé
- La combustion du méthane à ajuster corrigé
- La combustion de l'éthanol corrigé