Définition

Une transformation chimique est la transformation d'espèces chimiques appelées réactifs en d'autres espèces chimiques appelées produits.

Cette transformation s'opère par un réarrangement des éléments chimiques.

Fonctionnement d'une réaction chimique

Les entités entrantes en réaction ( réactifs ) vont se casser par rupture de certaines liaisons et libérer des éléments chimiques ou groupes d'élément chimiques.

Ces éléments ou groupes vont se combiner entre eux en formant de nouvelles liaisons donc de nouvelles espèces chimiques appelées produits.

On peut dés lors écrire un schéma globale d'une transformation chimique :

Attention ! Un changement d'état n'est pas une transformation chimique mais une transformation physique.

Soyez vigilants quand vous manipulez. En effet, certains réactifs peuvent être très nocifs voir dangereux pour la vie. Respectez les pictogrammes de sécurité et équipez vous en conséquence.

Propriété des transformations chimiques et loi de Lavoisier

En 1776, Lavoisier énonce la loi suivante :

Lors d'une transformation, rien de se perd, rien ne se crée, tout se transforme car rien ne se crée, ni dans les opérations de l'art, ni dans celles de la nature, et l'on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l'opération ; que la qualité et la quantité des principes est la même, et qu'il n'y a que des changements, des modifications

De cette loi découlent plusieurs conclusions :

En système fermé, lors d'une réaction chimique, la masse des réactifs est égale à la masse des produits.

Le nombre d'atomes à l'entrée (dans les réactifs) est aussi égal au nombre d'atomes à la sortie (dans les produits).

Attention, les réactions nucléaires ne respectent pas ce principe car en effet, lors d'une réaction nucléaire, il y a des émissions qui font perdre de la masse aux atomes.

Antoine Laurent de Lavoisier

Antoine Laurent de Lavoisier était un chimiste philosophe et économiste français du XVIIIe siècle. Il est reconnu pour la mise en place de nombreuses méthodes scientifiques que ce soit dans le domaine des expériences ou de la théorie. Il a notamment découvert les composantes de l’air et de l’eau, les différents états de la matière et a défini ce qu’était l’oxydation. Il est considéré comme le père de la chimie moderne
On lui doit la célèbre maxime "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme"

Les lois de conservation des transformations chimiques

  • Conservation de la nature des éléments.
  • Conservation de nombre d'éléments.
  • Conservation de la masse : Σ m réactifs utilisés = Σ m produits formés
  • Conservation de la charge électrique globale : Σ q réactifs = Σ q produits

Note : Σ (se prononçant sigma) correspond à une somme

La loi de conservation des éléments chimiques a pour but de trouver les réactifs et produits inconnus d'une réaction.

Lors d'une transformation chimique, tous les éléments chimiques présents lors du début de la réaction le sont aussi à la fin de cette dernière. Il en va de même pour la charge électrique totale de la réaction.

Comment calculer les charges d'une réaction chimique ? Lors d'une réaction chimique, on observe aussi une conservation des charges. Cette dernière mène à une équation de charge neutre.

La vitesse de réaction d'une transformation chimique

Définition

La vitesse est une grandeur physique qui est définie par une évolution face au temps.

La vitesse ne définit pas qu'uniquement la vitesse de déplacement mais peut aussi correspondre à la vitesse de réaction chimique ou encore une vitesse de séchage par exemple.

En règle générale, une vitesse est égale à la division de la mesure d'une variation telle qu'une longueur, un volume ou encore un poids par la mesure du temps écoulé au cours de cette variation.

L'exemple le plus simple est celui de la vitesse de déplacement. Il s'agit d'une distance divisée par un temps comme les mètres par seconde ou les kilomètres par heure.

En connaissant l'énergie du système qui va réagir, on peut savoir si la réaction va se produire ou non ainsi que l'énergie qui sera nécessaire pour franchir le seuil de l'énergie d'activation.

Une vitesse de réaction dépendra donc de certains caractères tels que :

  • La pression : plus elle sera élevée, plus la réaction sera rapide ;
  • La température : plus la température est élevée, plus les molécules sont excitées. Elles seront donc plus rapides à réagir ;
  • Les radiations environnantes : des radiations comme les radiations électromagnétiques favorisent la cassure des liaisons entre les molécules ;
  • La concentration des molécules : plus il y a de molécules et plus il y a de collisions potentielles entre celles-ci ;
  • La surface de la réaction : plus celle-ci sera grande, plus les molécules pourront réagir rapidement ;
  • L'énergie d'activation : si elle est suffisante, alors la réaction aura lieu. Autrement, elle ne se fera pas.

Calculer une vitesse de réaction

En règle générale, une vitesse se calcule avec la formule suivante :

    \[ \text { vitesse moyenne du parcours } = \frac {\text {distance parcourue}} {\text {temps de parcours } } \]

Dans le cas d'une réaction chimique, on appliquera la formule suivante :

    \[ v = \frac {ab} {cd} \frac { \text {d} x } { \text {d} t} \]

avec :

  • v : vitesse volumique de réaction (en mol.m-3.s-1) ;
  • V : volume de la solution (en m3) ;
  • dx : variation de l'avancement (en mol) ;
  • dt : durée de la variation (en s).

Remarques

  • Il arrive fréquemment que le volume V soit exprimé en litre. La vitesse de réaction est alors exprimée en mol.L-1.s-1 ;
  • Si la transformation est lente ou très lente la durée peut être exprimée en minute ou en heure. La vitesse de réaction est alors exprimée en mol.L-1.min-1 ou en mol.L-1.h-1 ;
  • Le rapport dx/dt représente la dérivée par rapport au temps de l'avancement.

Ce qu'il faut connaître pour déterminer v

Comment suivre une réaction chimique ? Lors d'une réaction chimique, il est parfois possible de suivre en direct une réaction au microscope.

D'après la relation de définition , il faut connaître V et la fonction x=f(t). Cette fonction peut être connue soit:

  • Par son graphe (il est donné dans certains exercices) ;
  • Par un tableau de mesures présentant les valeurs des couples {ti ; xi} (il est donné dans certains exercices) ;
  • A l'aide du tableau d'avancement de la réaction. Il faut alors connaître,soit par une méthode chimique soit par une méthode physique, l'évolution de la concentration de l'un des réactifs ou de l'un des produits de la transformation. Etudier les deux TP de cinétique chimique.

Méthodes

  • Graphiquement: On trace la tangente à la courbe x=f(t) à la date t choisie. La valeur du rapport dx/dt est égal au coefficient directeur de cette tangente ;
  • On divise alors cette valeur par la valeur de V (volume de la solution) ;
  • Par le calcul : Un tableur calcule directement la vitesse v à partir des valeurs de V, ti et xi.

Evolution de la vitesse de réaction au cours du temps

Au cours du temps les réactifs disparaissent donc leur concentration diminue. Or nous avons déjà vu que la concentration des réactifs est un facteur cinétique. Plus la concentration des réactifs est faible plus la réaction est lente. Donc, en général, au cours du temps la vitesse de réaction diminue.

Pour augmenter la vitesse d'une réaction chimique, il est possible d'utiliser un catalyseur. C'est par exemple ce qu'on retrouve dans les pots catalytiques des véhicules modernes.

On peut aussi utiliser dans les réactions chimiques de la pierre ponce, qui ira agiter les réactifs et ainsi précipiter la réaction.

Exemple

Comment réussir un TP ? N'hésitez pas à beaucoup pratiquer afin de vous perfectionner en TP. En effet, lors de vos examens, vous aurez sûrement des épreuves pratiques lors desquelles il vous sera nécessaire de manipuler seul.

Formation du sulfate d'argent Ag2SO4

2 Ag+ + SO42- → Ag2SO4

Conservation de la nature des éléments

  • Réactifs : Ag, S et O
  • Produits : Ag, S et O

Conservation de nombre d'éléments

  • Réactifs : 2Ag, 1S et 4O
  • Produits : 2Ag, 1S et 4O

Conservation de la masse.

masse de Ag+ utilisée + masse de SO42- utilisée = masse de Ag2SO4 formée

Conservation de la charge électrique globale

Le + en exposant dans Ag+ signifie que Ag+ possède une charge positive en plus que de négative ; d'où : q(Ag+) = + 1,6 x 10-19 C

Sur un même raisonnement analogue , on a :

  • q(SO42-) = 2( -1,6 x 10-19) = -3,2 x 10-19 C
  • Σ q réactifs = 2 q(Ag+) + q(SO42-) = + 1,6 x 10-19 + ( -3,2 x 10-19 )
  • Σ q réactifs = 0 C

Un composé ionique est électriquement neutre par définitions.

d'où : Σ q produits = q(Ag2SO4) = 0 C d'où Σ q réactifs = Σ q produits

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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