CH5 - Les transformations chimiques

Chapitre 5 :
LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES.
I. Le langage symbolique du chimiste
O2
CO2
H
CO
Co
: la molécule de dioxygène
: la molécule de dioxyde de carbone
: un atome d’hydrogène
: la molécule de monoxyde de carbone
C
O
: l’atome de carbone
H2 O
CH4
: la molécule d’eau
: l’atome d’oxygène
: la molécule de méthane
: un atome de cobalt
Chaque atome est représenté par un symbole atomique constitué d’une ou plusieurs lettres. Si
un atome possède un symbole de plusieurs lettres, la première est en majuscule et la ou les
suivantes en minuscule !
Exemples : Co l’atome de cobalt ≠
Fe l’atome de fer
CO qui est la molécule de monoxyde de carbone
Ne l’atome de néon
Une molécule est constituée d’atomes qui sont liés entre eux. On écrit sa formule chimique en
associant les symboles des atomes qui la constitue, et en indiquant en indice derrière le symbole
concerné, le nombre de fois que cet atome y est présent (s’il n’y a pas d’indice, c’est qu’il n’est
présent qu’une fois).
Exemples : CO2 est une molécule de dioxyde de carbone car elle est composée d’1 atome de
carbone et 2 atomes d’oxygène liés ensemble.
C4H10 est une molécule de butane car elle est composée de 4 atomes de carbone
(C4H10) et 10 atomes d’hydrogène (C4H10) liés ensemble.
⌦ Coller la classification périodique des éléments.
II. Une représentation simplifiée d’un bilan chimique : l’équation-bilan.
A l’aide de ce nouveau langage, il est possible d’écrire l’équation-bilan qui représente
parfaitement ce qui se produit au cours d’une réaction chimique (une transformation chimique).
Prenons l’exemple de la combustion complète du carbone :
Bilan :
Equation-bilan :
carbone
C
+
+
dioxygène
O2
Représentation :
+
Famille de
substance :
REACTIFS
dioxyde de carbone
CO2
Etape 1 :
On traduit
le nom en
formule
chimique
PRODUIT
Mais dans beaucoup de cas, on sera obligé d’équilibrer les équations-bilans. En effet, souvent
la simple traduction du bilan en formule chimique est insuffisante, c’est notamment le cas lors de
la combustion incomplète du carbone :
On traduit en
monoxyde de carbone
Bilan :
carbone
+
dioxygène
formule
Equation-bilan
chimique, mais il
C
+
O2
CO
manque un
non équilibrée :
Représentation :
Equation-bilan
équilibrée :
Représentation :
+
2C
+
+
O2
1 coefficient nécessaire pour équilibrer l’équation-bilan.
2 CO
atome
d’oxygène !
Donc on
augmente les
proportions
pour combler
le manque.
Ces coefficients donnent les proportions avec lesquelles la réaction chimique se déroule, tout
comme dans une recette de cuisine on donnera toujours les proportions d’ingrédients nécessaires.
C’est l’application directe du principe de Lavoisier : « Dans la Nature rien ne se perd, rien
ne se créé, tout se transforme ».
III. La masse se conserve-t-elle au cours d’une réaction chimique ?
Au cours d’une réaction chimique, aucun nouvel atome n’est fabriqué, ni aucun atome ne
disparait : tous les atomes initialement présents vont se réorganiser pour former de nouvelles
substances : c’est une réaction chimique.
craie
Effervescence
Ballon de
baudruche
Acide
chlorhydrique
479.8 g
Avant la réaction
479.8 g
pendant la réaction …
479.8 g
A la fin de la réaction.
Ainsi, la masse des produits obtenus doit être rigoureusement égale à la masse des
réactifs consommés : c’est le principe de la conservation de la matière.
Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) est considéré comme le père fondateur de la chimie
moderne. Il a notamment contribué à l’introduction de méthodes de mesure en chimie, est à
l’origine de la théorie des combustions et à renouvelé la nomenclature chimique.
ANNEXE : Une méthode pour équilibrer des équations-bilan :
On peut utiliser un tableau pour s’aider à trouver les coefficients. Par exemple :
Etude de la combustion complète du méthane.
Description : le méthane réagit en brulant avec le dioxygène (de l’air) et produit de l’eau (sous forme de gaz) et du
dioxyde de carbone.
Bilan :
méthane
+
dioxygène
eau
+
dioxyde de
carbone
Traduction :
CH4
+
O2
H2O
+
CO2
Il faut créer un tableau comme précédemment, qui dispose de 2 colonnes (une pour dénombrer les
réactifs, la seconde pour dénombrer les produits) et d’autant de ligne qu’il y a de types d’atomes
différents dans l’équation-bilan non équilibrée !
Ensuite il faut compter les nombre de chaque atome présent, dans chaque molécule.
Finalement, il faut vérifier qu’il y a autant d’un même type d’atome avant et après la réaction (le
nombre total doit être identique dans les deux colonnes d’une même ligne). Si ce n’est pas le cas,
il faut trouver les coefficients multiplicateurs et les placer devant la molécule (ou l’atome)
concernée : ils multiplient donc tous les atomes d’une même molécule.
Equation-bilan
équilibrée :
Type d’atome
C:
H:
O:
CH4
+
2O2
Nombre d’atomes dans les
réactifs
1
+
00
4
+
2x 0 0
0
+
24
2H2O
+
CO2
Nombre d’atomes dans les
produits
00 +
1
24 +
0
2x
12 +
2
Petit conseil : dénombrez les atomes d’oxygène en dernier dans le tableau, car ils sont souvent présents dans
plusieurs molécules. Lorsqu’on trouve les coefficients pour les autres types d’atomes, les
molécules contenant les atomes d’oxygène seront déjà multipliées moins de risque d’erreur.
Autre exemple :
Etude de la combustion complète du butane.
Description : le butane réagit en brulant avec le dioxygène (de l’air) et produit de l’eau (sous forme de gaz) et du
dioxyde de carbone.
Bilan :
butane
+
dioxygène
eau
+
dioxyde de
carbone
Traduction
C4H10
+
O2
H2O
+
CO2
Equation-bilan
équilibrée :
C4H10
+
6,5O2
5H2O
+
4CO2
Type d’atome
C:
H:
O:
Nombre d’atomes dans les
réactifs
4
+
00
10
+
6,5x 0 0
0
+
2 13
Nombre d’atomes dans les
produits
00
+
14
2 10 + 4x 0 0
5x
15
+
28
Ici, il y a un petit souci : si on sait parfaitement ce que sont 6 molécules de dioxygène, on sait
aussi qu’½ molécule n’existe pas dans la nature ! Il faut donc considérer que l’équation-bilan
équilibrée ci-dessus ne l’est pas totalement : il faudra multiplier tous les ingrédients par un
coefficient pour se débarrasser du 6,5. Ici on multipliera par 2 (car 6,5x2=13 : nombre entier) :
C4H10 + 6,5O2 5H2O + 4CO2 2
↓x2
2C4H10 + 13O2 10H2O + 8CO2 2