Les transformations et réactions chimiques

La transformation chimique

Une transformation chimique est le passage d'un système chimique d'un état initial (avant que les espèces ne réagissent entre elles) à un état final (lorsque le système n'évolue plus). Lors de son évolution, la composition d'un système chimique est modifiée. À l'échelle macroscopique, on observe par exemple un changement de couleur ou un dégagement gazeux. Certaines modifications peuvent être mises en évidence par des tests d'identification.

Réaction chimique

Lors d'une transformation chimique, certaines espèces chimiques sont consommées et d'autres se forment :

• Réactif : espèce consommée partiellement ou totalement.
• Produit : espèce chimique formée.
• Espèce spectatrice : espèce présente à l'état initial qui ne participe pas à la transformation.

Une réaction chimique est un modèle d'une transformation chimique limité aux réactifs et aux produits. Elle traduit l'évolution macroscopique du système, représentée par une flèche. À gauche se trouvent les réactifs.

Équation de la réaction chimique

L'équation de la réaction chimique est l'écriture symbolique d'une réaction. Elle doit être ajustée en respectant :

• La conservation des éléments chimiques : le nombre de chaque élément est le même à droite et à gauche.
• La conservation de la charge électrique globale : la charge globale des réactifs est identique à celle des produits.

L'équation traduit le bilan de matière qui indique les proportions (en mol) dans lesquelles les réactifs sont consommés et les produits se forment.

La mole et les grandeurs chimiques

Une mole (abréviation : mol) est un « lot » de 6,022 × 10²³ entités identiques (ions, atomes ou molécules).

• Constante d'Avogadro (N_A) : nombre d'entités dans une mole, soit N_A = 6,022 × 10²³ mol^-1.
• Quantité de matière (n) : représente le nombre de « lots ».
• Masse molaire atomique (M) : masse d'une mole d'atomes (exprimée en g·mol^-1). Elle est à peu près égale au nombre de nucléons (A).

Remarque : La masse molaire inscrite dans les tables périodiques correspond à une moyenne respectant les proportions isotopiques naturelles.

Calculs de masse et quantité

La masse d'une entité est égale à la somme des masses des atomes qui la composent :

• Ex : m(H₂O) = 2 m(H) + m(O)
• Ex : m(CO₂) = m(C) + 2 m(O)

Formule : n = N / N_A

Le réactif limitant

Une transformation chimique s'arrête lorsqu'au moins un des réactifs est totalement consommé. Ce réactif est appelé réactif limitant.

Si les autres réactifs sont partiellement consommés, ils sont dits « en excès ». S'ils sont consommés simultanément, ils sont tous limitants.

Détermination du réactif limitant

Pour l'équation : a A + b B → c C + d D

• Si n(A)/a < n(B)/b : A est le réactif limitant.
• Si n(A)/a = n(B)/b : A et B sont en proportions stoechiométriques (tous deux limitants).