Transformations physiques et chimiques

Que sont les propriétés physiques et chimiques ?

Imaginons que tu doives choisir ton ami dans une foule. Comment le trouverais-tu ? Tu peux les identifier grâce à des choses comme la taille, la couleur des cheveux et le fait qu'ils soient bavards. Les éléments et les composés chimiques fonctionnent de la même façon. Chacun d'entre eux possède des propriétés uniques qui nous aident à les identifier. Une substance peut avoir deux grands types de propriétés : chimiques et physiques. Qu'est-ce que ces propriétés exactement ?

Propriétés physiques

Les propriétés physiques peuvent aider à identifier les substances sans qu'il soit nécessaire de les utiliser dans une réaction. Il existe deux types de propriétés physiques : les propriétés intensives et les propriétés extensives.

D'autres exemples de propriétés physiques sont la malléabilité (la capacité d'une substance à être moulée en feuilles minces), la dureté, la solubilité et la conductivité électrique. Nous pouvons utiliser ces propriétés pour déterminer l'identité de composés ou d'éléments inconnus.

Imaginons que l'on te remette trois boules de métal. Elles ont toutes la même taille et la même forme, et sont toutes de couleur argentée. Comment peut-on les différencier ? L'un des moyens consiste à déterminer leur densité .

Tous ces métaux ont une couleur similaire, mais comme tu peux le voir, leurs densités varient suffisamment pour que nous puissions les différencier. Après avoir mesuré la densité de chaque boule trois fois pour plus de précision, nous obtenons les résultats suivants : boule 1 (2,72 ^g/cm3), boule 2 (7,87 ^g/cm3) et boule 3 (10,3 ^g/cm3). D'après notre tableau, nous constatons que la boule 1 est de l'aluminium, la boule 2 du fer et la boule 3 de l'argent.

Propriétés chimiques

Une différence essentielle entre une propriété chimique et une propriété physique est qu'une propriété physique décrit ce qu'une substance est actuellement, tandis qu'une propriété chimique décrit ce qu'une substance peut faire. Cela peut être un peu déroutant, alors décomposons les choses. Les propriétés chimiques sont une question de potentiel : le potentiel de prendre feu, de se corroder, de s'oxyder, etc. Une fois qu'une substance fait réellement l'une de ces choses, son identité (composition chimique) change. Par exemple, le fer (Fe) peut s'oxyder, mais une fois qu'il le fait, ce n'est plus du fer ! Il s'agit plutôt d'oxyde de fer (Fe(OH₎₃).

Maintenant, qu'en est-il des propriétés physiques comme le point d'ébullition ? L'ébullition est une chose que les liquides peuvent faire, n'est-ce pas ? Pas tout à fait. Par "peut le faire", nous entendons "peut effectuer un changement chimique ". La différence essentielle ici est qu'une fois qu'un liquide bout, il reste la même molécule. L'eau, quel que soit son état, a le même point d'ébullition. Donc, par "actuellement", nous voulons dire "cette propriété peut être observée sans qu'un changement chimique n'ait lieu".

Fig. 1. Lorsque cette chaîne de fer a été exposée à l'humidité, elle s'est oxydée et a rouillé. La capacité à rouiller est une propriété chimique du fer. Source : Pixabay.

La capacité du fer à rouiller est une propriété chimique. Alors, comment pouvons-nous distinguer les substances à l'aide des propriétés chimiques ?

Disons qu'on te donne deux morceaux de métal argentés et qu'on te met au défi de déterminer ce qu'ils sont en se basant uniquement sur leurs propriétés chimiques. Pour faciliter les choses, on nous dit que l'un est de l'étain et l'autre du potassium. Le potassium réagit violemment lorsqu'il est jeté dans l'eau en raison de la création de gaz d'hydrogène. L'étain, lui, ne réagit pas avec l'eau dans des conditions normales. Nous pouvons donc prendre un petit morceau de chacun de nos métaux et les placer dans l'eau (tout en portant des protections de sécurité !) et celui qui réagit est le potassium.

Que sont les changements chimiques et physiques ?

Maintenant que nous avons abordé les propriétés chimiques et physiques, examinons les changements physiques et chimiques.

Changements physiques

Il existe plusieurs types de changements 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 est modifié, lastructure atomique reste la même.

Mélanges et réactions chimiques

Examinons un autre changement 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 prélevais un échantillon de 1 ml d'une solution de 50 ml d'eau salée, ce 1 ml serait 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 (puisqu'elle est moins dense).

La différence essentielle entre un mélange et une réaction chimique est qu'un mélange est réversible. Plus important encore, il est réversible en utilisant uniquement des changements physiques tels que l'ébullition, le tamisage ou la séparation par densité.

Changements chimiques

L'élément clé d'un changement chimique est que l'identité du ou des réactifs change. La ou les molécules avec lesquelles nous commençons sont différentes de notre produit final.

Prenons l'exemple de la réaction entre le butane et l'oxygène.

\(2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O\)

Dans cette réaction, le butane est transformé en dioxyde de carbone et en eau. Laseule 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). C'est la réaction elle-même qui constitue le changement.

Fig. 2. La combustion du butane libère de l'énergie thermique sous forme de feu, c'est pourquoi il est couramment utilisé comme liquide pour briquet . Source : Pixabay.

Exemples de changements physiques et chimiques

Pour comprendre les changements physiques et chimiques, nous allons examiner quelques exemples de ces deux types de changements :

Exemples de changements physiques :

1. La fonte : Lorsque la glace fond, elle passe de l'état solide à l'état liquide, mais sa composition chimique reste la même.
2. Découpage : Lorsqu'une feuille de papier est coupée en plus petits morceaux, son apparence physique change, mais elle est toujours composée des mêmes matériaux.
3. Ébullition : Lorsque l'eau bout, elle passe de l'état liquide à l'état gazeux, mais elle est toujours composée des mêmes molécules.

Exemples de changements chimiques :

1. La combustion : Lorsque le bois brûle, il subit une réaction chimique avec l'oxygène de l'air pour produire du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et des cendres.
2. Oxydation : Lorsque le fer rouille, il subit une réaction chimique avec l'oxygène de l'air pour former de l'oxyde de fer.
3. Digestion : Lorsque les aliments sont digérés dans l'estomac, ils subissent une série de réactions chimiques pour décomposer les molécules complexes en molécules plus simples qui peuvent être absorbées par le corps.

Compare et oppose les changements physiques et chimiques

Les différences entre ces deux types de changements peuvent être résumées dans le tableau ci-dessous :