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Le balancement des équations chimiques
Le balancement des équations chimiques
Lorsque l'on aborde les transformations de la matière, on peut distinguer deux types de transformations: les transformations physiques et les transformations chimiques
Les transformations physiques
Les transformations physiques
Les transformations physiques sont, plus simplement, des changements de forme de la matière. Les propriétés et la nature de la matière restent les mêmes. Les molécules restent identiques avant et après la transformations. C'est l'emplacement ou la vitesse relative de ces molécules qui va changer. On en distingue trois catégories.
Les changements de forme.
L'objet que l'on transforme peut être plié, découpé, froissé, déchiré, etc. La déformation peut être temporaire (on parle de déformation élastique) ou permanente, mais les propriétés de l'objet restent les mêmes.
Exemples: Déchirer une feuille de papier, étirer un ressort.
2. Les changements d'états.
Si l'on fait varier la température et/ou la pression d'une substance, celle-ci peut changer d'état. Il existe généralement 3 états de la matière (solide, liquide et gazeux), mais l'état le plus commun dans l'univers est l'état plasmatique. Dans tous les cas de changements d'états, les propriétés de la substance sont conservés.
Exemples: La fonte de la neige, la sublimation de la glace carbonique.
3. La fabrication et la séparation de mélanges.
Si deux substances (ou plus) sont mélangés ensemble et qu'il n'y a pas de réaction chimique entre elles, ces deux matières vont garder leurs propriétés initiales.
Exemple: Un mélange d'eau et de sucre produit de l'eau sucré. Le sucre existe toujours après la fabrication du mélange. On peut le goûter même s'il ne se voit plus dans le mélange final.
Les transformations chimiques
Les transformations chimiques
Les transformation chimiques sont aussi appelés des réactions chimiques. Une telle transformation change la nature même des substances impliqués dans cette réaction. Les molécules de départ et celle, appelés réactifs, se transforment en nouvelles molécules, les produits.
Quelques indices permettent de définir si nous sommes en présence d'une réaction chimique;
Le dégagement d'énergie, habituellement sous forme de chaleur ou de lumière. (exemple: le feu)
Le changement de couleur. (exemple: l'oxydation du fer)
Formation d'un précipité solide ou d'un gaz. (exemple: la respiration cellulaire)
La loi de la conservation de la masse
La loi de la conservation de la masse
Les réactions chimiques respectent, comme les transformation physiques, la loi de la conservation de la masse. Cette loi nous dit que la somme des masses de réactifs est toujours égale à la somme de la masse des produits. Comme le disait (à peu près) Lavoisier: "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".
Cette loi signifie que les atomes présents au début de la réaction sont les mêmes qu'à la fin de cette réaction. C'est le lien entre ces atomes qui va changer.
Dans cet exemple, les atomes qui composent la molécule de méthane (CH4) et les deux molécules de dioxygène (O2) vont se séparer les uns des autres pour former les produits, la molécule de dioxyde de carbone (CO2) et les deux molécules d'eau (H2O). Aucun nouvel atome n'apparaît, aucun ne disparaît.
Une équation chimique, contrairement à une transformation physique, implique une réorganisation des atomes afin de produire de nouvelles molécules. Les molécules de départ sont appelés des réactifs et ceux obtenus sont appelés des produits. La somme des masses des réactifs est égal à la somme des masses des produits. Le nombre total d'atomes avant et après la réaction ne changent pas.
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Le balancement des équations chimiques
Le balancement des équations chimiques
Pour décrire une réaction chimique, on utilise une équation comme celle-ci:
CH4(g) + 2O2(g) --> CO2(g) + 2H2O(g)
Le chiffre placé devant une molécule est appelé un coefficient, il représente le nombre de fois que cette molécule est présente dans la réaction chimique.
Le chiffre placé en bas d'un atome dans une molécule (comme le 4 dans CH4) est appelé un indice. Il représente le nombre de fois que cet atome est présent dans la molécule.
La lettre entre parenthèse en bas d'une molécule représente l'état de la substance. (g) pour gazeux, (l) pour liquide, (s) pour solide et (aq) pour une molécule dissoute en solution aqueuse.
Il existe certaines règles à respecter pour qu'une équation soit correctement balancée.
Il ne faut jamais modifier les molécules: pas d'ajout d'atome à une molécule ou de modification d'indice.
Il ne faut jamais ajouter des molécules ou en enlever.
On ne modifie que les coefficients devant les molécules.
Il n'est pas obligatoire d'écrire le coefficient 1, puisque celui-ci est sous-entendu.
Les coefficients doivent être des nombres entiers et être le plus petit possible.
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Quelques transformations chimiques
Quelques transformations chimiques
Il est possible de classer certaines réactions chimiques qui ont des points communs en différentes catégories. En voici quelques unes.
La neutralisation acidobasique
La neutralisation acidobasique
Lorsque l'on neutralise une solution, on veut en fait approcher son pH du nombre 7. Si notre solution de départ est acide, on y ajoute une base (comme un comprimé d'antiacide pour les brûlements d'estomac). Si la solution est basique, on y ajoute un acide. Pour que le pH final se rapproche de 7, il faut que l'acide et la base utilisés soient de puissance équivalente. Leur pH doit être éloigné de 7 de manière égale.
Lors d'une neutralisation acidobasique, les ions métalliques de la base et les ions non-métalliques de l'acide vont se combiner pour former un sel. Les ions H+ et OH- se combinent alors pour former une molécule d'eau.
La combustion
La combustion
Les réactions de combustion sont des réactions chimiques qui libèrent rapidement une grande quantité d'énergie. Pour qu'il y ait une combustion, trois conditions doivent être réunis:
La présence d'un combustible. Le bois, le charbon ou des hydrocarbures comme l'essence ou le propane sont tous des combustibles.
La présence d'un comburant. En général, le comburant est l'oxygène présent dans l'atmosphère. Il en existe d'autres, comme le nitrate de potassium, qui permettent des combustion même sans la présence d'oxygène.
L'atteinte du point d'ignition. Il s'agit de la température minimale où la réaction de combustion peut démarrer. Puisque cette réaction libère généralement beaucoup d'énergie thermique, la température est maintenue tout au long de la réaction jusqu'à l'épuisement du combustible ou du comburant. On dit qu'elle s'auto-entretient.
On peut représenter les trois conditions nécessaires à la combustion à l'aide du triangle de feu.
Pour arrêter une combustion, il faut donc retirer à la réaction l'un ou l'autre des trois éléments. On peut retirer le combustible (fermer la bonbonne de propane ou éteindre le moteur d'une auto), empêcher l'accès au comburant (étouffer un feu avec du sable ou mettre le couvercle sur une casserole d'huile en feu) ou abaisser la température de la combustion (souffler sur une bougie ou mettre de l'eau sur un incendie).
Une combustion peut être de trois types:
Combustion vive: la combustion libère beaucoup de chaleur et de lumière. Des flammes sont visibles.
Combustion spontanée: la combustion démarre sans apport d'énergie extérieur. Ce type de combustion mène généralement à une combustion vive
Combustion lente: Aucune flamme ne sera visible. La réaction se déroule sur une très longue période de temps. La fermentation des aliments, la corrosion des métaux ou la respiration cellulaire sont des formes de combustion lente. On peut aussi les classer comme des réactions d'oxydation.
Attention: les poêles à "combustion lente" font en réalité des combustions vives. La combustion ne se déroule pas aussi vite que dans un foyer régulier, ce qui permet une certaine économie de combustible.
Lors d'une combustion, un combustible réagit avec un comburant (généralement O2) après l'atteinte du point d'ignition pour libérer de l'énergie et former de la vapeur d'eau et du CO2.
Combustible + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + Énergie
La photosynthèse et la respiration cellulaire
La photosynthèse et la respiration cellulaire
La photosynthèse est la réaction chimique naturelle faites par certaines formes de vie, comme les végétaux ou les cyanobactéries. Elle permet la fabrication d’une molécule complexe, le glucose (C6H12O6), à partir d’eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2) et d’énergie solaire. Cette réaction produit également du dioxygène (O2).
CO2 + H2O + Énergie solaire → C6H12O6 + O2
Les organismes qui font cette réaction sont appelés des producteurs car ils produisent eux-même leur propre nourriture, un sucre appelé le glucose. Ces organismes sont à la base de la chaîne alimentaire. La photosynthèse est donc essentielle au maintien de l’ensemble de la vie sur notre planète.
La photosynthèse est également responsable du taux élevé de dioxygène (O2) dans l’atmosphère, mais également du taux relativement bas de dioxyde de carbone (CO2), un des principaux gaz à effet de serre.
La respiration cellulaire est la réaction chimique présente dans l’ensemble des cellules qui permet la transformation du glucose en énergie. Il s’agit en fait d’une combustion lente puisque l’oxygène est l’autre réactif dans l’équation. Les produits de cette combustion sont les mêmes que toutes les autres, à savoir du CO2, de l’eau et de l’énergie. L’équation chimique est donc parfaitement l’inverse de la photosynthèse.
La photosynthèse:
CO2 + H2O + Énergie solaire → C6H12O6 + O2
La respiration cellulaire:
C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + Énergie
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