Réaction Chimique

Une réaction chimique ou un changement chimique est un processus chimique dans lequel deux ou plusieurs substances (appelées réactifs), sous l'effet d'un facteur d'énergie, se transforment en d'autres substances appelées produits.

Équation Chimique

L'équation chimique est la représentation symbolique d'une réaction chimique.

Classification des Réactions Chimiques

Par la Manière dont elles s'Exécutent

• Synthèse (ou Combinaison) : Éléments réagissent pour former un composé.
• Décomposition : Réactions où l'on obtient un composé à partir de deux ou plusieurs éléments (ou un composé se décompose).
• Substitution Simple (ou Remplacement) : Lorsqu'un élément réagit avec un composé, déplaçant un élément du composé pour former un nouveau produit.
• Double Substitution (ou Double Remplacement) : Lorsque deux éléments composants échangent leurs places, formant de nouveaux composés.

En Raison de leur Vitesse

• Instantanées : Les réactions qui s'effectuent très rapidement (en un temps très court).
• Lentes : Les réactions qui prennent du temps à se produire.

Pour leur Énergie

• Endothermiques : Ce sont des réactions qui absorbent de l'énergie.
• Exothermiques : Ce sont des réactions qui libèrent de l'énergie.

L'Énergie d'Activation

L'énergie d'activation ( ) est, en chimie et en biologie, l'énergie nécessaire à un système pour qu'il puisse initier un processus particulier. L'énergie d'activation est souvent utilisée pour désigner l'énergie minimale requise pour produire une réaction chimique donnée.

Mécanisme de Réaction

Le mécanisme de réaction est l'ensemble des étapes ou des états qui composent une réaction chimique. Les mécanismes de réaction sont liés à la cinétique et à la dynamique chimique.

La Vitesse de Réaction

La vitesse de réaction est définie comme la quantité de substance qui réagit par unité de temps. Par exemple, l'oxydation du fer dans des conditions atmosphériques est une réaction lente qui peut prendre de nombreuses années,¹ mais la combustion du butane dans un incendie est une réaction qui se produit en une fraction de seconde.

Facteurs Affectant la Vitesse de Réaction

• Nature de la réaction : Certaines réactions sont, par leur nature même, plus rapides que d'autres. Le nombre d'espèces réactives, leur état physique (les particules solides se déplacent beaucoup plus lentement que les gaz ou celles en solution), la complexité de la réaction, et d'autres facteurs peuvent grandement influencer la vitesse de réaction.
• Concentration : La vitesse de réaction augmente avec la concentration, comme décrit par la loi de vitesse et expliqué par la théorie des collisions. En augmentant la concentration du réactif, la fréquence des collisions augmente également.
• Pression : Le taux des réactions gazeuses est augmenté de manière très significative avec la pression, ce qui équivaut en fait à une augmentation de la concentration des gaz. Pour les réactions en phase condensée, la dépendance à la pression est faible et ne devient importante que lorsque la pression est très élevée.
• Ordre : L'ordre de la réaction contrôle comment la concentration (ou la pression) affecte la vitesse de réaction.
• Température : En général, faire réagir à une température plus élevée fournit plus d'énergie au système, ce qui augmente la vitesse de réaction en provoquant plus de collisions entre les particules, comme expliqué par la théorie des collisions. Cependant, la raison principale de l'augmentation de la vitesse de réaction avec la température est qu'un plus grand nombre de particules entrant en collision possèdent l'énergie d'activation nécessaire pour que la réaction se produise, résultant en plus de collisions réussies. L'influence de la température est décrite par l'équation d'Arrhenius. En règle générale, les vitesses de réaction pour de nombreuses réactions doublent pour chaque augmentation de 10 °C de température,³ bien que l'effet de la température puisse être beaucoup plus élevé ou beaucoup plus faible. Par exemple, la combustion du charbon se produit en présence d'oxygène, mais pas lorsqu'il est conservé à température ambiante. La réaction est spontanée à haute température et faible, mais à température ambiante, la vitesse de réaction est si faible qu'elle est négligeable. L'élévation de température créée par une allumette permet à la réaction de commencer et de s'auto-entretenir, car elle est exothermique. Cela est vrai pour de nombreux autres combustibles comme le méthane, le butane, l'hydrogène, et ainsi de suite.

La vitesse de réaction peut être indépendante de la température (non-Arrhenius) ou diminuer lorsque la température augmente (anti-Arrhenius). Les réactions sans barrière d'activation (par exemple, certaines réactions radicalaires) ont tendance à présenter une dépendance à la température de type anti-Arrhenius : la constante de vitesse diminue avec l'augmentation de la température.

• Solvant : De nombreuses réactions se produisent en solution, et les propriétés du solvant affectent la vitesse de réaction. La force ionique a également un effet sur la vitesse de réaction.
• Rayonnement électromagnétique et Intensité Lumineuse : Le rayonnement électromagnétique est une forme d'énergie. En tant que tel, il peut accélérer ou rendre spontanée la réaction, en fournissant plus d'énergie aux particules des réactifs. Cette énergie est stockée sous une forme ou une autre par les particules réactives (peut rompre des liaisons, promouvoir les molécules à des états excités électroniques ou vibrationnels, etc.), créant des espèces intermédiaires qui réagissent facilement. En augmentant l'intensité de la lumière, les particules absorbent plus d'énergie, donc la vitesse de réaction augmente. Par exemple, lorsque le méthane réagit avec le chlore gazeux dans l'obscurité, la vitesse de réaction est très lente. Elle peut être accélérée lorsque le mélange est irradié par une lumière diffuse. En plein soleil, la réaction est explosive.
• Catalyseur : La présence d'un catalyseur augmente la vitesse de réaction (réactions avant et arrière) en fournissant une voie alternative à faible énergie d'activation. Par exemple, le platine catalyse la combustion de l'hydrogène avec l'oxygène à température ambiante.
• Isotopes : L'effet isotopique cinétique correspond à un taux de réaction différent pour la même molécule si elle possède des isotopes différents, généralement des isotopes de l'hydrogène, en raison de la différence de masse entre l'hydrogène et le deutérium.
• Surface de contact : Dans les réactions sur les surfaces, comme lors de la catalyse hétérogène, la vitesse de réaction augmente lorsque la surface de contact augmente. Ceci est dû au fait que la plupart des particules solides sont exposées et peuvent être atteintes par les molécules de réactif.
• Mélange : Le mélange peut avoir un effet important sur la vitesse de réaction pour les réactions homogènes et hétérogènes.