Réaction chimique

Réaction chimique : encyclopédie mathématique

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Une réaction chimique est une transformation de la matière. Au cours d'une réaction chimique, les espèces chimiques (atomiques, ioniques ou moléculaires) qui constituent la matière sont modifiées : les espèces qui sont consommées sont appelées réactifs. Les espèces formées au cours de la réaction sont appelées produits (de réaction). Depuis les travaux de Lavoisier (1777), on sait que la réaction chimique se fait sans variation mesurable de la masse : c'est le fameux "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" qui traduit la conservation de la masse.

Les réactions chimiques provoquent un changement de la nature chimique de la matière, on exclut donc les transformations purement physiques, comme les changements d'état (fusion, solidification, évaporation, ébullition...), l'usure et l'érosion, la rupture...

On exclut également les transformation des noyaux des atomes, donc les réactions nucléaires.

Une réaction peut dégager de l'énergie (en général sous forme de chaleur, mais aussi de la lumière), elle est alors dite exothermique. Elle peut nécessiter un apport d'énergie, sous forme de chaleur (donc « produire du froid ») ou de lumière, elle est alors dite endothermique. D'une manière générale, une réaction ne peut avoir lieu que si certaines conditions sont réunies (présence de tous les réactifs, conditions de température, de pression, de lumière). Certaines réactions nécessitent ou sont facilitées par la présence d'une substance chimique appelée catalyseur.

Sommaire

[modifier] Ce qui se passe au niveau des atomes

Réaction chimique : échange d'atomes entre les composés, exemple de la combustion du méthane dans le dioxygène.

La matière est composée d'atomes regroupés dans des composés chimiques, au cours d'une réaction chimique, les composés s'échangent leurs atomes ; ce faisant, la nature des composés change. Les réactions chimiques ne concernent que les changements de liaisons entre les atomes (liaisons covalentes, liaisons ioniques, liaisons métalliques).

Pour représenter les phénomènes qui ont lieu au cours d'une réaction chimique, on écrit une équation chimique.

[modifier] Réaction chimique et énergie

variation de l'énergie au cours de la réaction chimique, barrière énergétique et enthalpie de réaction (exemple de la combustion du méthane dans le dioxygène)

En thermodynamique, on considère l'énergie totale d'un système. Les transformations ayant lieu lors de la réaction chimique entraînent une diminution de l'énergie totale. En effet, dans une molécule ou un cristal, l'«accrochage» des atomes entre eux nécessite de l'énergie, appelée énergie de liaison. Lorsque l'on rompt une liaison, on « casse » la molécule ou le cristal en « éparpillant » ses atomes. Il faut fournir de l'énergie. Lorsque les atomes se recombinent, ils récupèrent de l'énergie pour former la liaison. À la fin d'une réaction, l'énergie stockée dans les liaisons des produits de réaction est plus faible que celle qui était stockée dans les liaisons des réactants.

Mais au cours de la réaction, il y a un moment où les anciennes liaisons sont rompues et les nouvelles ne sont pas encore créées. C'est un état où l'énergie du système est élevée, un état transitoire, qui fait une véritable barrière à la réaction. L'amorçage de la réaction consiste tout simplement à faire franchir cette barrière énergétique au système. Cette barrière énergétique est appelée énergie d'activation.

Afin de simplifier l'étude, on isole la partie purement chimique de l'énergie en considérant les autres parties de l'énergie constantes, notamment la chaleur et l'énergie de compression. Cette énergie chimique est appelée enthalpie et est notée H. Le gain d'énergie chimique par la réorganisation des liaisons est l'enthalpie de réaction $Δ r H$ .

L'étude de l'aspect énergétique des réactions chimiques est la thermochimie.

[modifier] Vitesse de réaction

Article détaillé : Cinétique chimique.

L'étude de l'énergie du système (thermochimie) permet de savoir si une réaction peut se produire ou non, quelle énergie initiale il faut fournir pour franchir la barrière. Mais il y a un autre paramètre important : la vitesse de réaction.

[modifier] Exemples de réactions chimiques

Parmi les réactions chimiques les plus courantes, citons :

la respiration, la fermentation lactique et la fermentation alcoolique qui permettent aux organismes de produire de l'énergie
la sécrétion de produits par les organes (larmes, sueurs, salive, sucs gastriques, hormones...), l'action de ces sécrétions
la combustion (entre autres dans les moteurs à explosion et les chaudières), le feu
la cuisson des aliments, les brûlures
la corrosion de la matière (par exemple la rouille)
la photosynthèse chlorophylienne qui permet aux plantes de régénérer le dioxygène de l'air en récupérant le dioxyde de carbone
la dissolution des métaux par l'acide
la révélation des photographies
la fabrication d'électricité par les piles, le stockage et la libération d'électricité par les batteries et accumulateurs
l'élaboration des métaux à partir des minerais (métallurgie)
la fabrication de l'essence, des huiles et des plastiques à partir du pétrole
la fabrication des produits d'entretien : savon (réaction de saponification), eau de Javel, acide chlorhydrique, soude caustique, ammoniaque
la fabrication d'engrais, pesticides, produits phytosanitaires...
la fabrication des médicaments
la vinification, la transformation alcool → acide éthanoïque (vinaigre)
le « virage au vert » de l'alcootest
la pollution à l'ozone à partir des polluants atmosphériques
la destruction de l'ozone par les composés chlorofluorocarbonés (CFC, fréons)