As-tu déjà essayé de fabriquer du savon à la maison ? L'art de la fabrication du savon est une sorte de transformation chimique !
Le savon est un type de sel composé d'acides gras. La structure du savon consiste en une chaîne d'hydrocarbures non polaire contenant un groupe d'acide carboxylique. Le groupe acide carboxylique forme une liaison ionique avec un ion sodium ou potassium. Le savon a donc une extrémité hydrophobe qui ne se dissout pas dans l'eau (chaîne d'hydrocarbures) et une extrémité hydrophile (sel ionique).
Lorsque le savon entre en contact avec de la graisse et de l'eau, l'extrémité hydrophobe du savon interagit avec les molécules non polaires de la graisse et suspend la graisse/l'huile, ce qui lui permet d'être emportée par l'eau !
Le savon se forme par la réaction chimique entre les triglycérides de la graisse ou de l'huile et un alcali tel que l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium aqueux.
- Ce résumé de cours a pour sujet les transformations chimiques.
- Nous allons définir l'espèce chimique, réactifs, produits et le réactif limitant.
- Nous examinons la réaction et l'équation chimique.
- Puis, nous découvrirons les réactions d'oxydoréduction, composition, décomposition et précipitation.
- Avant de terminer nous apprenons comment équilibrer une équation chimique.
- Enfin, nous verrons les transformations chimiques et physiques avec exemples.
Qu'est-ce qu'une "espèce chimique" ?
En d'autres termes, si un atome est identique à un autre atome, ils sont définis comme étant de la même espèce chimique. Il en va de même pour les molécules : si une molécule est identique à une autre, il s'agit de la même espèce chimique.
Une espèce chimique est un ensemble d'entités moléculaires chimiquement identiques et capables d'explorer les mêmes niveaux d'énergie moléculaire sur une échelle de temps donnée.
Une bouteille remplie d'eau contient des molécules d'exactement la même espèce chimique. De plus, une barre d'or massif contient des atomes de la même espèce chimique.
Le terme "espèce chimique" peut également se référer à la forme sous laquelle un produit chimique existe lorsqu'il se trouve dans une solution. Par exemple, lorsque \( NaCl \) est dissous dans une solution, on ne trouve pas réellement de \( NaCl \) . On trouve plutôt des ions \( Na^+ \) et des ions \( Cl^- \) , car le \( NaCl \) s'est dissocié. Les espèces chimiques présentes dans cette solution sont donc les ions \( Na^+ \) et les ions \( Cl^- \) . Cette règle s'applique à tous les électrolytes forts. On dit qu'ils ont des espèces ioniques en solution.
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.
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.
Pour plus d'informations sur la représentation des composés, consulte le résumé de cours "Formule chimique".
Réaction chimique
Une réaction chimique est un changement chimique qui se produit lorsque deux substances ou plus se combinent pour former une nouvelle substance. Il s'agit d'un processus au cours duquel de nouvelles substances dotées de nouvelles propriétés sont formées.
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.
Équations chimiques
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.
Réactif limitant
Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans une réaction et qui détermine donc le moment où la réaction s'arrête.
La stœchiométrie de la réaction permet de calculer la quantité exacte de réactif nécessaire pour réagir avec un autre élément. Si les réactifs ne sont pas mélangés dans les proportions stœchiométriques correctes (comme l'indique l'équation chimique équilibrée), l'un des réactifs sera entièrement consommé tandis qu'il en restera un autre.
Le réactif limitant est celui qui est entièrement consommé ; il empêche la réaction de se poursuivre parce qu'il n'y en a plus pour réagir avec le réactif en excès.
Pour plus de détails consulte le résumé de cours "Réactif Limitant".
Principaux types de réactions chimiques
Les chimistes ont classé les réactions chimiques en plusieurs types. Les catégories principales qu'ils ont divisées sont les suivantes.
Réactions de combinaison
Les réactions dans lesquelles deux substances ou plus sont combinées pour former un produit sont connues sous le nom de réactions de combinaison. L'équation chimique générale de cette réaction est la suivante :
$$ A+B \rightarrow AB $$
Voici quelques exemples de réactions chimiques :
\( C + O_2 \rightarrow CO_2 \)
\( 2 \ Mg + O_2 \rightarrow 2 \ MgO \)
Réactions de décomposition
Les réactions au cours desquelles un composé se décompose en deux substances ou en substances plus simples sont connues sous le nom de réactions de décomposition. Ces réactions sont réalisées en appliquant de la lumière, de la chaleur ou de l'électricité. L'équation chimique générale de cette réaction est la suivante :
$$ AB \rightarrow A + B $$
\( CaCO_3 \overset {Chaleur}{\rightarrow} CaO + CO_2 \)
\( 2H_2O \overset{Électricité}{\rightarrow} 2H_2 + O_2 \)
Réactions de déplacement
Les réactions dans lesquelles un élément prend la place d'un autre sont appelées réactions de déplacement. En général, un élément plus réactif déplace l'élément moins réactif et forme le produit. L'équation chimique générale de cette réaction est la suivante :
$$ A + BC \rightarrow AC + B $$
\( CuSO_{4 (aq)} + Mg_(s) \rightarrow MgSO_{4 (aq)} + Cu_{(s)} \)
Ici, \( Mg \) est plus réactif que \( Cu \) . Par conséquent, \( Mg \) a déplacé \( Cu \) .
Réactions de précipitation (ou réactions de double déplacement )
Les réactions dans lesquelles deux composés réagissent en échangeant des ions pour former deux nouveaux composés sont appelées réactions de double déplacement. Cette réaction se produit généralement en solution et l'un des produits, insoluble, précipite (ou se sépare sous forme solide). L'équation chimique générale de cette réaction est la suivante :
$$ A + sel \ soluble \ B \rightarrow sel \ soluble \ C + précipité_{ \downarrow } $$
Voici quelques exemples de réactions chimiques :
\( AgNO_{3 (aq)} + NaCl_{(aq)} \rightarrow AgCl _{(s) \downarrow} + NaNO_3 \)
Dans ce cas, \( l'AgCl \) forme un précipité de couleur blanche et se dépose dans le tube à essai.
Fig. 1- Réactions de déplacement d'halogènes.
Réactions d'oxydoréduction
Les réactions qui impliquent la perte et le gain d'électrons sont appelées réactions d'oxydation et de réduction. La réaction au cours de laquelle un ion (ou un atome) perd des électrons est appelée réaction d'oxydation. La réaction au cours de laquelle un ion (ou un atome) gagne des électrons est appelée réaction de réduction.
\( Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \)
\( Zn - 2 \ e^- \overset{Oxydation}{\rightarrow }Zn^{2+} \)
\( Cu^2+ + 2 \ e^- \overset{Réduction}{ \rightarrow} Cu \)
Comment équilibrer une équation chimique ?
Nous avons beaucoup parlé des réactions et des équations chimiques dans ce résumé de cours. Il est maintenant temps pour toi d'apprendre à équilibrer une équation chimique !
Il est important d'apprendre à le faire, car tu devras le faire des centaines de fois pendant toute la durée de tes études. Il y a toujours une question qui te demande de le faire dans l'examen de chimie en lycée.
Pour équilibrer une équation chimique, il faut qu'il y ait le même nombre d'atomes de chaque élément impliqué de part et d'autre de l'équation. Dans le cas contraire, nous enfreindrions la loi de conservation de la masse ! Pour ce faire, nous modifions les quantités de chaque substance impliquée. Cependant, nous ne pouvons pas ajouter de substances différentes, car cela créerait une réaction entièrement nouvelle.
Les étapes pour équilibrer une équation chimique sont les suivantes :
- Écris la réaction sous la forme d'une équation symbolique et compter le nombre d'atomes de chaque élément du côté du réactif et le nombre d'atomes de chaque élément du côté du produit.
- Multiplie la quantité d'une substance afin d'avoir le même nombre d'atomes d'un élément des deux côtés de l'équation.
- Recompte le nombre d'atomes de chaque élément du côté du réactif et du côté du produit de l'équation.
- Répète les étapes \( 2 \) et \( 3 \) jusqu'à ce qu'il y ait le même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés de l'équation. L'équation est alors équilibrée.
Voyons ces étapes à l'aide d'un exemple : l'hydrogène réagit avec l'oxygène pour former de l'eau.
- Écris la réaction sous la forme d'une équation symbolique
L'hydrogène est généralement représenté par \( H_2 \) , l'oxygène par \( O_2 \) et l'eau par \( H_2O \) . Comme nous connaissons les réactifs et les produits, nous allons les représenter sous la forme d'une équation symbolique que nous allons équilibrer. Cette étape a peut-être déjà été réalisée pour toi.
$$ H_2 + O_2 \rightarrow H_2 $$
- Sous le côté réactif et le côté produit de l'équation, écris une liste de tous les éléments impliqués dans la réaction.
Compte maintenant le nombre d'atomes de chaque élément du côté du réactif, puis du côté du produit.
Dans ce cas, les éléments concernés sont l'hydrogène \( (H) \) et l'oxygène \( (O) \) .
Compte chaque atome, sans oublier les petits nombres, comme le petit \( ( {_2} ) \) qui suit un élément ! Ainsi, \( H_2 \) signifie qu'il y a \( 2 \) atomes \( H \) dans cette molécule, et nous pouvons donc écrire \( 2 \) à côté du \( H \) dans la liste des éléments que nous avons écrite à l'étape \( 2 \) .
Une fois que tu es sûr de toi, répète ce comptage pour tous les autres éléments.
N'oublie pas que s'il n'y a pas de petit nombre après un élément, nous supposons toujours qu'il n'y en a qu'un seul - comme dans le cas de \( O \) dans \( H_2O \) .
$$ H_{2} +O_{2} \rightarrow H_{2}O $$
$$ H:2 \mid H:2 $$
$$ O :2 \mid O:1 $$
Multiplie la quantité d'une substance, pour avoir le même nombre d'atomes d'un élément des deux côtés de l'équation.
Rappelle-toi que, selon la loi de conservation de la masse, nous ne pouvons ni créer ni détruire des atomes ; il doit y avoir le même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés de l'équation. Nous devons ajouter plus d'atomes d'oxygène au côté des produits de l'équation, car il n'y en a pas assez pour l'instant.
En ce qui concerne l'oxygène \( (O) \) , nous constatons qu'il y a deux atomes d'oxygène du côté du réactif et un seul du côté du produit. Cela signifie donc que nous devons ajouter un atome d'oxygène supplémentaire du côté du produit.
Comment ajouter un atome d'oxygène ? Nous ne pouvons pas ajouter une substance différente ou modifier la formule de l'eau, car cela changerait complètement l'équation - il s'agirait d'une toute nouvelle réaction ! Nous ajoutons donc une molécule d'eau supplémentaire, ce qui donne un total de \( 2 \) molécules d'eau dans l'équation ( \( 1 \) à l'origine + \( 1 \) ajoutée maintenant). Nous représentons cela en écrivant un \( 2 \) devant l'eau.
Nous avons donc :
$$ H_2 + O_2 \rightarrow 2 \ H_2O $$
- Compte le nombre d'atomes de chaque élément du côté du réactif et du côté du produit de l'équation. Mets à jour ta liste !
Comme nous avons ajouté une autre molécule, le nombre d'atomes d'un, de plusieurs ou de tous les éléments va changer. Nous devons donc mettre à jour notre liste pour vérifier !
$$ H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $$
$$ H:2 \mid H:4 $$
$$ O:2 \mid O: 2 $$
Auparavant, nous avions \( 1 \) molécule d'eau. Cela nous donnait \( 2 \) atomes d'hydrogène et \( 1 \) atome d'oxygène. Nous avons maintenant \( 2 \) molécules d'eau, donc deux fois plus d'atomes d'hydrogène et d'oxygène.
- Répète les étapes \( 3 \) et \( 4 \) jusqu'à ce que l'équation soit équilibrée !
Nous pouvons ajouter une molécule de \( H_2 \) , qui contient \( 2 \) atomes d'hydrogène, pour que le nombre d'atomes d'hydrogène soit le même des deux côtés.
$$ 2H_2 +O_2 \rightarrow 2H_2O $$
Compte une dernière fois les atomes de chaque côté de l'équation, comme à l'étape \( 2 \) , juste pour vérifier !
$$ 2H_2 +O_2 \rightarrow 2H_2O $$
$$ H:4 \mid H:4 $$
$$ O:2 \mid O:2 $$
Transformation chimique : Exemple
L'élément clé d'une transformation chimique est que l'identité des réactifs change. Les molécules de départ sont différentes du produit final.
Une transformation chimique est un changement qui modifie l'identité de la substance. Ce changement peut être réversible, mais uniquement par le biais d'une autre transformation chimique.
Une transformation chimique peut également être appelée une réaction chimique.
Lorsque nous congelons de l'eau, nous avons toujours des molécules d'eau ! Lors d'une transformation chimique, des liaisons sont rompues ou formées, de sorte que nous nous retrouvons avec des molécules différentes.
Prenons l'exemple de la réaction entre le butane et l'oxygène.
Dans cette réaction, le butane est transformé en dioxyde de carbone et en eau. La seule façon de récupérer le butane est d'effectuer d'autres réactions chimiques. Le butane est couramment utilisé comme liquide pour briquet en raison de son inflammabilité (propriété chimique). La réaction elle-même constitue la transformation.
Transformation physique en chimie
Une transformation physique est un changement qui ne modifie pas l'identité de la substance.
Il existe plusieurs types de transformations physiques, dont les plus courants sont les changements d'état de la matière (ébullition, congélation, etc.), la coupure, la flexion et la rupture, la séparation d'un mélange et la création d'un mélange.
Lorsque nous faisons fondre de la glace, elle devient de l'eau. Même si le nom de la substance a changé, la structure atomique reste la même.
Mélanges et transformations chimiques.
Examinons une autre transformation physique : la dissolution du sel dans l'eau. Bien que le sel soit maintenant séparé en ions, il peut redevenir du sel solide si l'on fait bouillir l'eau. L'eau salée est un mélange, plus précisément un mélange homogène. Un mélange homogène est une substance composée d'au moins deux composés ou éléments qui est uniforme. Si je prélève un échantillon de \( 1 \ ml \) d'une solution de \( 50 \ ml \) d'eau salée, ce \( 1 \ ml \) sera représentatif de l'ensemble.
Dans l'autre type de mélange, un mélange hétérogène, la composition n'est pas uniforme. L'huile et l'eau en sont un exemple. Si je versais une partie du liquide, je n'obtiendrais que de l'huile (car elle est moins dense).
La principale différence entre un mélange et une transformation chimique est qu'un mélange est réversible. Plus important encore, il est réversible en utilisant uniquement des transformations physiques tels que l'ébullition, le tamisage ou la séparation par densité.
Transformation chimique - Points clés
- Une espèce chimique est un ensemble d'entités moléculaires chimiquement identiques.
- Une réaction chimique est un changement chimique qui se produit lorsque deux substances ou plus se combinent pour former une nouvelle substance.
- Une équation chimique est une forme qui décrit une réaction chimique en termes de réactifs et de produits.
- Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans une réaction et qui détermine le moment où la réaction s'arrête.
- Une équation chimique est équilibrée lorsque le nombre d'atomes est le même des deux côtés.
- Une transformation chimique est un changement qui modifie l'identité de la substance.
- Les réactions d'oxydoréduction sont des exemples de transformation chimique.
- Une transformation physique est un changement qui ne modifie pas l'identité de la substance.
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