C'est une énigme classique : nous avons cinq saucisses et quatre pains à saucisses. Combien de sandwich peut-on faire ?
En supposant que les saucisses et les pains se combinent dans un rapport de \( 1:1 \) , nous pouvons faire quatre sandwichs. Si nous n'avons plus de petits pains, nous devrons arrêter de faire des sandwichs. En d'autres termes, les petits pains à saucisses limitent le nombre de sandwichs que nous pouvons produire.
De la même manière, un réactif dans une réaction chimique peut limiter les quantités de produits formés par la réaction. Dans ce cas, le réactif est appelé réactif limitant. La quantité de produit qui se forme lorsque le réactif limitant est entièrement consommé dans une réaction est appelée rendement théorique. Dans le cas de notre exemple de sandwich, nous avons déjà déterminé le rendement théorique (quatre sandwichs) en nous basant sur le nombre de pains à saucisses avec lesquels nous travaillions.
- Ce résumé de cours a pour sujet le réactif limitant en chimie.
- Nous allons définir la transformation chimique, réactifs, produits et le réactif limitant.
- Nous examinons la stœchiométrie d'une réaction chimique et les coefficients stœchiométriques.
- Enfin, nous verrons des exemples pour calculer le réactif limitant.
Quelle est la définition d'une transformation chimique ?
Une transformation chimique peut être décrite par une simple équation à mots :
- Les substances qui sont consommées lors d'une transformation chimique sont appelées réactifs.
- Les substances qui sont formées lors d'une transformation chimique sont appelées produits.
Une transformation chimique est un processus au cours duquel certaines substances appelées réactifs disparaissent et de nouvelles substances appelées produits sont formées.
C'est quoi une réaction chimique ?
Les réactions chimiques sont partout autour de nous, du métabolisme des aliments dans notre corps à la façon dont nous recevons la lumière du soleil est le résultat de réactions chimiques.
La réaction chimique est produite lorsque des liaisons chimiques entre les atomes sont formées ou rompues. Les substances qui entrent dans une réaction chimique sont appelées les réactifs, et les substances produites à la fin de la réaction sont appelées les produits.
Équations chimiques
En raison de la grande quantité de réactions chimiques qui se produisent autour de nous, une nomenclature a été développée pour simplifier la façon dont nous exprimons une réaction chimique sous la forme d'une équation chimique. Une équation chimique n'est rien d'autre qu'un énoncé mathématique qui symbolise la formation du produit à partir des réactifs tout en indiquant certaines conditions pour lesquelles la réaction a été menée.
Une équation chimique est une forme qui décrit une réaction chimique en termes de réactifs et de produits.
Les réactifs se trouvent à gauche tandis que les produits formés se trouvent à droite. Les réactifs et les produits sont reliés par des flèches à une ou deux têtes. Par exemple :
$$ A + B \rightarrow C + D $$
Ici, \( A \) et \( B \) sont les réactifs, qui réagissent pour former les produits \( C \) et \( D \) . Dans une équation chimique réelle, les réactifs sont désignés par leur formule chimique.
Fig.1- Réaction chimique de formation d'ammoniac
Afin d'assurer la loi de conservation de la masse, une équation chimique doit être équilibrée, c'est-à-dire que le nombre d'atomes des deux côtés doit être égal. C'est l'équilibrage de l'équation.
Réactifs
Les réactifs sont les substances de départ d'une réaction qui subissent un changement chimique pour former un produit. Les réactifs ne subissent des réactions chimiques que lorsqu'ils se trouvent dans des conditions favorables.
Les réactifs sont l'un des composants les plus importants des équations chimiques. Ils sont toujours écrits dans la partie gauche de l'équation sous forme de symboles. Ces symboles peuvent représenter des atomes individuels, des éléments ou même des composés. Les symboles utilisés ne sont pas aléatoires ; ils proviennent du tableau périodique. Chaque élément a son propre symbole latin, par exemple, Sodium \( Na \) , Chlore \( Cl \) et ainsi de suite.
Les réactifs sont essentiellement des formules chimiques qui contiennent des éléments, des coefficients et des indices. Les coefficients sont des nombres positifs qui donnent des informations sur la quantité de substance nécessaire pour subir la réaction chimique. Il est toujours écrit à gauche d'un élément/composé. Note qu'il n'est pas nécessaire d'écrire le coefficient s'il est égal à un. Les indices sont des nombres entiers qui traduisent le nombre d'atomes présents dans un composé.
Pour plus d'informations sur la représentation des composés, consulte le résumé de cours "Formule chimique".
Produits
Le deuxième composant le plus important d'une équation est les produits.
Les produits sont les nouvelles substances formées à partir des réactifs qui subissent un changement chimique.
Les atomes des réactifs se réarrangent pour former une nouvelle substance. Les produits sont toujours écrits à droite dans les équations chimiques. Comme les réactifs, les produits sont également des formules chimiques qui contiennent des coefficients, des éléments et des indices.
Flèches
Ce qui sépare les réactifs de gauche des produits de droite, ce sont les flèches. Les flèches sont utilisées pour indiquer si une réaction est en voie d'achèvement ou non. Certains produits chimiques forment des produits de manière irréversible, tandis que d'autres forment des produits puis se reconvertissent en réactifs. Voici les flèches utilisées dans les équations chimiques :
- Flèche droite \( \rightarrow \)
- Flèches doubles \( \leftrightarrow \)
- Flèches d'équilibre \( \rightleftharpoons \)
- Flèches d'équilibre favorisant les réactifs \( \overset { \rightharpoonup } { \leftarrow } \)
- Flèches d'équilibre favorisant les produits \( \overset { \leftharpoonup } { \rightarrow } \)
- Flèche vers le bas \( \downarrow \)
- Flèche vers le haut \( \uparrow \)
Le processus de cuisson du gombo comporte de nombreuses réactions, mais je vais examiner l'une des réactions initiales pour démontrer les conditions favorables : la caramélisation des oignons. Les oignons crus contiennent de grosses molécules de sucre que nos papilles gustatives ne sont pas capables de détecter. Ces grosses molécules de sucre doivent être décomposées en molécules plus petites par la chaleur pour activer la saveur sucrée des oignons. Le nom scientifique de ce processus est la pyrolyse des sucres. La présence de chaleur est la condition favorable requise pour que les oignons caramélisent.
Types de réactions chimiques
Les différents types de réactions sont basés sur le produit formé, les changements qui se produisent, les réactifs impliqués. Les différents types de réactions sont :
- Réaction de combustion ;
- Réaction de décomposition ;
- Réaction de neutralisation ;
- Réaction d'oxydoréduction ;
- Réaction de précipitation ou de double déplacement ;
- Réaction de synthèse.
Stœchiométrie
Commençons par énoncer la définition de la stœchiométrie.
La stœchiométrie est le rapport entre les produits et les réactifs dans une réaction chimique.
La stœchiométrie est basée sur la loi de conservation de la masse. Cette loi stipule que, dans un système fermé (sans forces extérieures), la masse des produits est la même que celle des réactifs. La stœchiométrie est utilisée pour équilibrer les réactions afin qu'elles obéissent à cette loi. Elle est également utilisée pour calculer la masse des produits et/ou des réactifs.
C'est quoi un Coefficient stœchiométrique ?
Pour qu'une équation soit équilibrée, le nombre d'éléments doit être égal du côté gauche (réactifs) et du côté droit (produits) de l'équation. Nous équilibrons les équations en utilisant les coefficients stœchiométriques.
Le coefficient stœchiométrique est le chiffre précède un élément/composé qui indique le nombre de moles présentes. Il indique le rapport entre le réactif et le produit.
Commençons par un exemple : la réaction de l'aluminium métallique et de l'acide sulfurique.
L'équation déséquilibrée est :
$$ Al + H_2SO_4 \rightarrow H_2 +Al_2 \left ( SO_4 \right )_3 $$
La première étape consiste à compter combien de chaque élément, nous avons. Du côté des réactifs, nous avons \( 1 \) mole d'aluminium, \( 2 \) moles d'hydrogène, \( 1 \) mole de soufre et \( 4 \) moles d'oxygène. Du côté du produit, nous avons \( 2 \) moles d'hydrogène, \( 2 \) moles d'aluminium, \( 3 \) moles de soufre et \( 12 \) moles d'oxygène. Pour les composés comme le \( SO_4 \) , il est important de ne pas oublier de multiplier chaque élément par l'indice (le petit nombre à l'extérieur de la parenthèse).
L'étape suivante consiste à choisir le premier élément à équilibrer. Pour cet exemple, nous allons utiliser l'aluminium. Comme nous n'avons qu'une seule mole d'aluminium du côté du réactif, nous la multiplions par \( 2 \) , ce qui donne :
$$ 2Al + H_2 SO_4 \rightarrow H_2 +Al_2 \left (SO_4 \right )_3 $$
Ensuite, nous allons équilibrer le soufre. Puisque les coefficients concernent la molécule entière, nous multiplions l'acide sulfurique par \( 3 \) pour obtenir :
$$ 2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow H_2 + Al_2 \left ( SO_4 \right )_3 $$
Puisque le coefficient concerne la molécule entière, l'oxygène est également équilibré. Cependant, nous avons maintenant \( 6 \) moles d'hydrogène à gauche et seulement \( 2 \) à droite. En dernier lieu, nous multiplions donc les moles d'hydrogène par \( 3 \) pour obtenir l'équation entièrement équilibrée de :
$$ 2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow 3H_2 + Al_2 \left (SO_4 \right )_3 $$
Une chose à retenir est que les coefficients stœchiométriques sont toujours des nombres entiers, pas de fractions ! De plus, nous voulons toujours que nos coefficients soient aussi simplifiés que possible, donc si tous les coefficients sont divisibles par le même nombre, alors tu dois tous les diviser par ce nombre. N'oublie jamais de vérifier d'abord si ton équation est équilibrée, sinon tous tes calculs pourraient être erronés !
Qu'est-ce qu'un réactif limitant ?
Dans une réaction chimique, il est possible qu'un des réactifs soit présent en quantité excessive. Il restera donc une partie de ces réactifs en excès lorsque la réaction sera terminée ; la réaction s'arrête immédiatement dès qu'un des réactifs est totalement consommé.
Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans la réaction. Une fois que ce réactif est entièrement consommé, il arrête la réaction et limite donc le produit fabriqué.
Comment trouver le réactif limitant ?
\( 9,7 \ g \) de sodium réagissent avec \( 8,5 g \) de soufre pour produire \( Na_2S \) . Indique quel réactif est limitant et lequel est en excès.
Écris l'équation équilibrée.
$$ 2Na +S \rightarrow Na_2S $$
1. Premièrement, calcule les moles de chaque réactif.
\( Moles \ de \ sodium (moles) = masse \ du \ sodium \left ( g \right ) \div masse \ moléculaire \ du \ sodium \left ( g.mol^{-1} \right ) \)
\( Moles \ de \ sodium \left (moles \right ) = 9,7 \left ( g \right ) \div 23 \left ( g.mol^{-1} \right ) \)
\( Moles \ de \ sodium \left ( moles \right ) = 0,43 \ mole \)
\( Moles \ de \ soufre \left ( moles \right ) = masse \ du \ soufre \left ( g \right ) \div masse \ moléculaire \ du \ soufre \left ( g.mol^{-1} \right ) \)
\( Moles \ de \ soufre \left (moles\right ) = 8,5 \left (g \right ) \div 32 \)
\( Moles \ de \ soufre \left (g \right ) = 0.27 \ mole \)
2. Maintenant, nous avons besoin d'une équation équilibrée pour identifier la stœchiométrie.
$$ 2Na +S \rightarrow Na_2S $$
3. Nous pouvons voir que des deux côtés, il y a \( 2 \) sodiums et \( 1 \) soufre, donc l'équation est équilibrée.
4. Enfin, nous pouvons identifier le réactif limitant et le réactif en excès.
Nous pouvons voir que pour que \( 0,4 \) moles de sodium réagissent, il faut \( 0,2 \) moles de soufre. Comme il y a \( 0,27 \) moles de soufre, cela signifie que le soufre est en excès, ce qui en fait le réactif en excès et le sodium le réactif limitant.
Réactif limitant - Points clés
- Une transformation chimique est un processus au cours duquel des réactifs disparaissent et les produits sont formés.
- Les réactions chimiques se produisent lorsque des liaisons chimiques entre les atomes sont formées ou rompues.
- Une équation chimique est une forme qui décrit une réaction chimique en termes de réactifs et de produits.
- La stœchiométrie est le rapport entre les produits et les réactifs dans une réaction chimique.
- Les coefficients stœchiométriques sont les chiffres qui indiquent le rapport entre les réactifs et les produits.
- Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans la réaction.
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