Sciences · Chimie
La réaction chimique
Une réaction chimique est une transformation au cours de laquelle des substances, les réactifs, se changent en nouvelles substances, les produits. Les atomes sont réarrangés mais conservés.
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Un morceau de bois qui brûle, du fer qui rouille, un gâteau qui cuit, la digestion d’un repas : ce sont des réactions chimiques. Des liaisons entre atomes se rompent et d’autres se forment, si bien que les produits ont des propriétés différentes des réactifs. Aucun atome n’apparaît ni ne disparaît : seule leur organisation change.
Transformation chimique ou physique ?
| Transformation physique | Transformation chimique | |
|---|---|---|
| Nouvelles substances | Non | Oui |
| Exemples | Fusion de la glace, dissolution du sucre, broyage | Combustion, rouille, cuisson, fermentation |
| Liaisons rompues | Liaisons entre molécules seulement | Liaisons à l’intérieur des molécules |
| Réversibilité | Souvent facile | Souvent difficile |
Indices d’une réaction chimique : dégagement de gaz, changement de couleur, formation d’un solide (précipité), production de chaleur ou de lumière, apparition d’une odeur.
La conservation de la masse
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »
Cette formule résume la loi établie par Antoine Lavoisier à la fin du XVIIIe siècle : au cours d’une réaction en système fermé, la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés. Lavoisier l’a démontrée en pesant soigneusement réactifs et produits, y compris les gaz (Traité élémentaire de chimie, 1789). La phrase elle-même est une reformulation postérieure de ses idées, inspirée d’Anaxagore.
Si une bûche semble perdre de la masse en brûlant, c’est que les produits (dioxyde de carbone, vapeur d’eau) partent dans l’air.
L’équation chimique
Une réaction s’écrit sous forme d’équation :
réactifs → produits
Les nombres placés devant les formules sont les coefficients stœchiométriques. On précise parfois l’état physique : (s) solide, (l) liquide, (g) gaz, (aq) en solution aqueuse.
Comment équilibrer une équation
Une équation est équilibrée quand chaque élément apparaît le même nombre de fois de chaque côté (et que les charges sont égales). On ne modifie jamais les indices des formules, seulement les coefficients.
Méthode :
- Écrire les formules correctes des réactifs et des produits.
- Équilibrer d’abord les éléments présents dans une seule espèce de chaque côté (souvent le carbone, puis l’hydrogène).
- Terminer par l’oxygène et les éléments seuls (O₂, H₂, Fe…).
- Vérifier atome par atome ; simplifier si tous les coefficients ont un diviseur commun.
Les quantités : stœchiométrie
Les coefficients indiquent des proportions en nombre de molécules, donc en moles. Dans 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, 2 moles de dihydrogène réagissent avec 1 mole de dioxygène.
Le réactif limitant est celui qui est entièrement consommé en premier ; il détermine la quantité de produit formée.
Les grands types de réactions
| Type | Schéma | Exemple |
|---|---|---|
| Synthèse | A + B → AB | N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ (procédé Haber-Bosch) |
| Décomposition | AB → A + B | CaCO₃ → CaO + CO₂ (four à chaux) |
| Combustion | Combustible + O₂ → CO₂ + H₂O (+ énergie) | Bougie, moteur, chaudière |
| Acide-base | Échange d’ions H⁺ | Vinaigre + bicarbonate (voir acides et bases) |
| Oxydoréduction | Échange d’électrons | Rouille, piles (voir oxydoréduction) |
| Précipitation | Ions en solution → solide | Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl (précipité blanc) |
Énergie des réactions
- Exothermique : libère de la chaleur (combustion, respiration cellulaire, prise du ciment). Les liaisons formées sont plus stables que celles rompues.
- Endothermique : absorbe de la chaleur (photosynthèse, cuisson, dissolution du nitrate d’ammonium utilisée dans les poches de froid instantané).
Même une réaction exothermique a souvent besoin d’un « coup de pouce » pour démarrer : l'énergie d’activation. Une allumette fournit cette énergie au bois ; ensuite la réaction s’entretient seule. Voir l'énergie et la thermodynamique.
La vitesse d’une réaction
Une réaction est plus rapide quand :
- la température augmente (les molécules se heurtent plus souvent et plus fort) : c’est pourquoi le réfrigérateur ralentit la dégradation des aliments ;
- la concentration des réactifs augmente ;
- la surface de contact augmente : la farine en suspension dans l’air peut exploser, alors qu’un sac de farine brûle mal ;
- un catalyseur est présent : il accélère la réaction sans être consommé. Les enzymes sont les catalyseurs du vivant ; le pot catalytique des voitures utilise du platine, du palladium et du rhodium.
Réactions totales et équilibres
Certaines réactions sont totales : elles s’arrêtent quand un réactif est épuisé. D’autres sont limitées et aboutissent à un équilibre chimique, où réaction directe et inverse se produisent à la même vitesse. On l’écrit avec une double flèche ⇌. Le principe de Le Chatelier (1884) prévoit qu’un équilibre se déplace de façon à s’opposer à la perturbation qu’on lui impose (ajout d’un réactif, changement de température ou de pression).
Questions fréquentes
Comment savoir si une équation est équilibrée ?
On compte, pour chaque élément, le nombre d’atomes de chaque côté de la flèche en multipliant l’indice par le coefficient. Les totaux doivent être identiques, ainsi que les charges électriques s’il y a des ions.
Quelle est la différence entre réactif et produit ?
Les réactifs sont les espèces présentes au départ, qui sont consommées. Les produits sont les espèces formées par la réaction. On écrit les réactifs à gauche de la flèche et les produits à droite.
La cuisson d’un œuf est-elle une réaction chimique ?
Oui : la chaleur modifie de façon irréversible la structure des protéines (dénaturation) et crée de nouvelles liaisons entre elles. On ne peut pas « décuire » un œuf.
Que signifie « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » ?
C’est l’expression populaire de la loi de conservation de la masse de Lavoisier : au cours d’une réaction chimique, les atomes sont réarrangés mais leur nombre et leur masse totale restent identiques.