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Les réactions de transformations chimiques

Par Yann le 19/12/2017 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Les réactions chimiques > Les Transformations Chimiques

Qu’est ce qu’une transformation chimique ?

Etat initial et état final d’une transformation chimique

On appelle état initial d’un système chimique, l’état de ce système avant que toute transformation ait débuté.

On appelle état final d’un système chimique, l’état de ce système lorsqu’il n’y a plus aucune évolution.

Définition de la transformation chimique

La transformation chimique représente le passage d’un système chimique d’un état initial à un état final.

Au cours de la transformation chimique, un certain nombre de phénomènes sont observables, il se produit une réaction chimique :

  • Dans l’état initial, des espèces chimiques ont été mises en présence, mais n’ont pas encore réagi entre elles. On les appelle les réactifs.
  • Lors de la transformation chimique, la quantité de ces réactifs diminue petit à petit. Certains réactifs disparaissent même complètement du système chimique.
  • A contrario, tandis que les réactifs sont consommés, de nouvelles espèces chimiques font leur apparition : ce sont les produits. Ils voient leur quantité augmenter petit à petit jusqu’à ce que l’état final soit atteint.

Que se passe-t-il au cours de cette transformation chimique ? Expérience de l’arbre de Diane – mise en présence de Cuivre avec une solution contenant des ions Argent

L’expérience qui fait l’objet de la photo ci-dessus illustre parfaitement la réaction de transformation chimique : un fil de cuivre a été plongé dans une solution contenant des ions Argent. Après quelques instant, la solution prend progressivement une couleur bleue qui traduit la formation d’ions Cuivre (Cu2+), tandis qu’un dépôt d’Argent se forme sur le fil de Cuivre.

Représentation par une équation de réaction

Représentation schématique de la transformation chimique

Schématiquement, une transformation chimique est toujours représentée de la façon suivante :

Que se passet-t-il lors d'une transformation chimique ? Schéma de la réaction de transformation chimique

Les réactifs présents à l’état initial du système chimique sont placés du côté gauche de la réaction de transformation chimique.

Les produits présents à l’état final du système chimique sont quant à eux placés du côté droit de la réaction de transformation chimique.

La flèche entre ces deux côtés indique qu’il y a une transformation chimique et symbolise le passage de l’état initial à l’état final.

A noter que s’il y a plusieurs réactifs et/ou plusieurs produits, ils seront séparés par des signes « + ».

Équation de réaction de la transformation chimique

L’équation de réaction de la transformation chimique va permettre de traduire sur le papier ce qu’il va se passer chimiquement. On va ainsi y indiquer les formules chimiques brutes des réactifs et des produits, ainsi que leur proportion.

Pour pouvoir écrire correctement cette équation de réaction, deux principes de conservation fondamentaux vont s’appliquer : le principe de conservation de la matière et le principe de conservation de la charge électrique.

Principe de conservation de la matière

L’expression très célèbre de Lavoisier « rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme » résume très bien ce principe de conservation de la matière.

Ce principe de conservation de la matière peut être traduit de deux façons :

  • Principe de conservation des atomes : les atomes ne sont pas affectés par les transformations chimiques. Ainsi, tous les atomes présents au départ dans les réactifs seront forcément présents à l’arrivée dans les produits
  • Principe de conservation de la masse

Principe de conservation de la charge électrique

Il faut là adopter le même raisonnement que pour le principe de conservation de la matière, la charge électrique totale des réactifs est égale à la charge électrique totale des produits.

Coefficients stœchiométriques

Les coefficients stœchiométriques sont des nombres que l’on place devant les formules chimiques brutes des espèces chimiques en présence lors de la transformation chimique (les réactifs ou les produits).

Dans la pratique, ils vont servir à équilibrer les équations de réaction afin de respecter le principe de conservation.

Par ailleurs, ils donnent également une indication sur les proportions dans lesquelles les réactifs sont consommés et les produits se forment.

Remarque : lorsqu’il n’y a pas de nombre devant la formule brute d’une espèce chimique, cela sous entend que c’est le chiffre « 1 » qui est présent.

Quelle transformation chimique a lieu lors de la corrosion d'un métal ? La corrosion des métaux, comme ici l’apparition de rouille sur le Fer, est une transformation chimique

Exemples d’équations de réactions chimiques

Les exemples qui suivent vont permettre d’illustrer l’ensemble des notions vues plus haut : équation de réaction, réactifs et produits, principe de conservation de la matière, principe de conservation de la charge électrique et coefficients stœchiométriques.

Exemple 1 : combustion du méthane dans le dioxygène

 

    \[CH4 + 2 O2\rightarrow CO2 + 2 H2O\]

  • Du côté des réactifs, on trouve donc le méthane (CH4) et le dioxygène (O2).
  • Du côté des produits, du dioxyde de carbone (CO2) ainsi que de l’eau (H2O) se sont formés.

Vérifions maintenant si cette équation est bien équilibrée :

  • Du côté des réactifs, il y a 1 atome de carbone (C). On retrouve également 1 atome de carbone (C) du côté des produits
  • Du côté des réactifs, il y a 4 atomes d’hydrogène (H). On retrouve également 4 atomes d’hydrogène du côté des produits (H2O comporte 2 atomes d’hydrogène et il y a 2 H2O donc 2 x 2 = 4 atomes d’hydrogène)
  • Enfin, du côté des réactifs, il y a 4 atomes d’oxygène (O) (O2 comporte 2 atomes d’oxygène et il y a 2 O2 donc 2 x 2 = 4 atomes d’oxygène). On retrouve également 4 atomes d’oxygène du côté des produits (2 atomes d’oxygène dans le CO2 et 2 atomes d’oxygène dans la molécule H2O)

Ainsi, le principe de conservation de la matière est bien respecté.

En ce qui concerne les charges, elles sont nulles de chaque côté car aucune des espèces chimiques en présence ne comporte de charge positive ou de charge négative. Le principe de conservation de la charge électrique est bien respecté.

Enfin, pour ce qui est des coefficients stœchiométriques, ils pourront être interprétés de la façon suivante :

  • La quantité de dioxygène (O2) consommée est 2 fois supérieure à la quantité de méthane (CH4) consommée
  • La quantité de dioxyde de carbone (CO2) formée est égale à la quantité de méthane (CH4) consommée
  • La quantité d’eau (H2O) formée est égale à la quantité de dioxygène (O2) consommée. Elle est également deux fois supérieure à la quantité de dioxyde de carbone (CO2) formée.

Exemple 2 : réaction entre le Cuivre et les ions Argent

 

    \[Cu + 2 Ag+\rightarrow 2Ag+ Cu2+\]

  • Du côté des réactifs, on trouve donc le Cuivre (Cu) et les ions Argent (Ag+).
  • Du côté des produits, de l’Argent (Ag) ainsi que des ions Cuivre (Cu2+) se sont formé.

Vérifions maintenant que cette équation est bien équilibrée :

  • Du côté des réactifs, il y a un atome de Cuivre (Cu). Il y a également un atome de Cuivre, sous forme d’ion (Cu2+) du côté des produits.
  • En ce qui concerne les atomes d’Argent, on trouve 2 atomes d’Argent sous forme d’ion (Ag+) du côté des réactifs, tandis que 2 atomes d’Argent (Ag) sont formés parmi les produits.

Le principe de conservation de la matière est donc bien respecté.

Au niveau des charges électriques :

  • Parmi les réactifs, l’ion Argent porte 1 charge positive. Comme il y a 2 ions Argent, il y a donc 2 charges positives du côté des réactifs.
  • Pour ce qui est des produits, l’ion Cuivre porte 2 charges positives.

Il y a donc 2 charges positives de chaque côté de l’équation de la réaction de transformation chimique : le principe de conservation de la charge électrique est bien respecté.

Pour finir, les coefficients stœchiométriques peuvent être interprétés de la façon suivante :

  • La quantité d’ions Argent (Ag+) consommée est 2 fois supérieure à la quantité de Cuivre (CH4) consommée.
  • La quantité d’ions Cuivre (Cu2+) formée est égale à la quantité de Cuivre (Cu) consommée.
  • La quantité d’Argent (Ag) formée est égale à la quantité d’ions Argent (Ag+) consommée. Elle est également deux fois supérieure à la quantité d’ions Cuivre (Cu2+) formée.

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