4ᵉ · Physique-Chimie · Constitution & transformations de la matière
Lors d'une transformation physique, l'espèce chimique change seulement d'état (solide, liquide, gaz) mais reste la même espèce : l'eau qui gèle ou qui bout reste de l'eau.
Lors d'une transformation chimique, des espèces disparaissent et de nouvelles espèces apparaissent. Les espèces consommées sont les réactifs, celles formées sont les produits.
Une combustion est une transformation chimique entre un combustible et le dioxygène O₂ de l'air.
• Combustion du carbone : C + O₂ → CO₂ (carbone + dioxygène → dioxyde de carbone).
• Combustion du méthane : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O (méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau).
Au cours d'une transformation chimique, les atomes ne sont ni créés ni détruits : ils sont seulement réarrangés. Il y a donc autant d'atomes de chaque sorte avant et après.
Comme les atomes sont conservés, la masse totale se conserve : la masse des produits est égale à la masse des réactifs (loi de Lavoisier).
On écrit la transformation avec les formules des espèces : réactifs à gauche, produits à droite, séparés par une flèche. Pour qu'il y ait autant d'atomes de chaque sorte de chaque côté, on ajoute des nombres devant les formules : on dit qu'on ajuste l'équation. On ne modifie jamais les formules, seulement les nombres devant.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Une transformation chimique, c'est quand des espèces disparaissent et que de nouvelles apparaissent. Tu en vois tous les jours sans le savoir.
Quand tu allumes le gaz de la cuisinière, le méthane brûle : c'est une combustion. Le moteur d'une voiture fonctionne aussi grâce à la combustion d'un carburant. Quand tu fais cuire un gâteau ou griller du pain, la matière se transforme.
Mais attention : ces combustions produisent aussi du dioxyde de carbone et parfois des gaz polluants, qui participent au réchauffement climatique et à la pollution de l'air. Comprendre les transformations chimiques, c'est comprendre comment la matière se réorganise : les mêmes atomes, mais assemblés autrement.
Commençons par distinguer deux sortes de transformations. Dans une transformation physique, l'espèce chimique change seulement d'état : solide, liquide ou gaz. Mais c'est toujours la même espèce.
Par exemple, l'eau qui gèle devient de la glace, et l'eau qui bout devient de la vapeur : dans les trois cas, c'est toujours de l'eau. Rien de nouveau n'est apparu. Au contraire, dans une transformation chimique, des espèces disparaissent et de nouvelles espèces apparaissent.
Par exemple, quand le bois brûle, il se forme des cendres, de la fumée, des gaz : ce ne sont plus du tout les mêmes espèces qu'au départ. La question à se poser est donc simple : est-ce que de nouvelles espèces sont apparues ? Si oui, c'est chimique ; si non, c'est physique.
Voyons maintenant le vocabulaire d'une transformation chimique. Les espèces présentes au départ, qui sont consommées, s'appellent les réactifs. Les espèces qui se forment s'appellent les produits.
On écrit toujours les réactifs à gauche, une flèche, puis les produits à droite. La flèche se lit donne. Par exemple, le carbone plus le dioxygène donnent le dioxyde de carbone.
Ici le carbone et le dioxygène sont les réactifs, le dioxyde de carbone est le produit. Retiens bien l'ordre : réactifs à gauche, produits à droite.
Passons à un exemple très important : les combustions. Une combustion est une transformation chimique entre un combustible et le dioxygène de l'air. Prenons la combustion du carbone.
Le carbone brûle dans le dioxygène et forme du dioxyde de carbone. On écrit : C plus O deux donnent C O deux. Autre exemple très courant : la combustion du méthane, le gaz de nos cuisinières.
Le méthane brûle dans le dioxygène et forme du dioxyde de carbone et de l'eau. On écrit : C H quatre plus deux O deux donnent C O deux plus deux H deux O. Dans les deux cas, il faut du dioxygène : sans dioxygène, pas de combustion.
C'est pour cela qu'on étouffe un feu en le privant d'air.
Voici la règle d'or de la chimie : au cours d'une transformation, les atomes ne sont ni créés ni détruits. Ils sont seulement réarrangés, comme des briques qu'on démonte et qu'on remonte autrement. Donc il doit y avoir exactement le même nombre d'atomes de chaque sorte à gauche et à droite de la flèche.
Pour y arriver, on place des nombres devant les formules : on dit qu'on ajuste l'équation. Attention : on ne change jamais les formules elles-mêmes, on ne modifie que les nombres devant. Par exemple, pour la combustion du dihydrogène, on écrit deux H deux plus O deux donnent deux H deux O.
On compte : quatre atomes d'hydrogène à gauche, quatre à droite ; deux atomes d'oxygène à gauche, deux à droite. L'équation est bien ajustée.
Terminons par un principe fondamental, découvert par le chimiste Antoine Lavoisier au dix-huitième siècle. Il l'a résumé par une phrase célèbre : rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Concrètement : au cours d'une transformation chimique, la masse totale ne change pas.
La masse des produits est exactement égale à la masse des réactifs. Pourquoi ? Parce que les atomes sont conservés : ils sont seulement réarrangés, aucun n'apparaît, aucun ne disparaît.
Attention à un piège : si un gaz s'échappe, on a l'impression que la masse a diminué. En réalité, si on pèse aussi le gaz, la masse totale est bien conservée. C'est pour cela qu'on réalise certaines expériences dans un récipient fermé, pour ne rien laisser s'échapper.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.