Tour d’horizon des transformations chimiques

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Une transformation chimique est le mélange et la disparition d’espèces chimiques (EC), que l’on nomme réactifs, qui vont laisser la place à de nouvelles EC, que l’on nomment produits.
Attention : toutes les EC d’une solution ne réagissent pas forcément, certaines sont seulement spectatrices.
Combustion du carbone dans le dioxygène
Expérience au cours de laquelle on plonge un morceau de graphite (=carbone) dans un bocal rempli de dioxygène.
Source – chaine Youtube : « physiquesthetique »

A la fin, le graphite a disparu. L’équation bilan (=résumé d’une transformation chimique avec les noms des substances) :

Carbone + Dioxygène —> Dioxyde de carbone

Comment identifier les produits ?

Dans les laboratoires, on connait les réactifs : il n’y a qu’à lire les étiquettes. Mais les produits qui se forment, comment les reconnaitre ? Grace … :

Peu fiable, il permet quand même une première identification de quelques produits.
Exemple : Ci-dessous, le solide de couleur orange est caractéristique du métal cuivre. Cependant, le test visuel de la canette ( l’ouverture grise) ne nous permet de conclure si elle est en aluminium, zinc, fer… Il faudra s’aider d’autres tests.

Débris de cuivre

Canette en aluminium

La chromatographie sur couche mince (CCM) repose sur la différence d’affinité des EC avec un éluant (=solvant) ou une phase (solide et ou liquide) permet de séparer et différencier les EC.

Chromatographie de colorant Chromatographie de colorant

On mesure les grandeurs caractéristiques d’une EC à l’aide d’instruments de mesures. On peut mesurer l’indice de réfraction n d’une espèce transparente, sa masse volumique (voir exercice avec la masse volumique), etc…

  • 1L d’eau pure pèse 1kg : il n’y a que l’eau qui a une masse volumique de 1 kg/L
  • On peut reconnaitre de l’huile en mesurant sa masse volumique qui est de 0,80 g/mL :

Mesure de l amasse volumique d'une huile

Une espèce chimique réagira spécifiquement avec une autre :

  • L’eau de chaux se trouble en contact du dioxyde de carbone
  • Le sulfate de cuivre anhydre se colore en bleu au contact de l’eau.
  • De nombreux ions forment des précipités colorés au contact de la soude (=hydroxyde de sodium)

Spectroscopie IR et RMN

Ces techniques permettent de comprendre l’arrangement des atomes dans une molécule grâce à la lumière pour l’un, un champ magnétique pour l’autre.
Source – chaine Youtube : « Jean-Phillipe Lehoux »

Modélisation des transformations : l'équation de réaction

Pour modéliser une transformation chimique, on représente les EC par leur formule chimique brute, semi-développée ou topologique sou s la forme d’une équation de réaction.

Au cours d’une réaction chimique, plusieurs évènements peuvent se dérouler pour les EC :

Les atomes des réactifs se détachent pour former de nouvelles molécules.

Equation de réaction : CH4 (g) + 2 O2 (g) → 2 H2O (g) + CO2 (g)

C’est la réaction d’oxydo-réduction. Les oxydants captent des électrons fournis par des réducteurs.

Equation de réaction générale :

Réducteur 1 + Oxydant 2 → Oxydant 1 + Réducteur 2

Exemple d’équation de réaction :

Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+

Remarque : Le transfert d’électron n’apparait pas dans l’équation de réaction.

C’est la réaction acido-basique. Les bases captent les ions hydrogènes fournis par les acides.

Equation de réaction générale :

Acide 1 + Base 2 → Base conjuguée 1 + Acide conjugué 2

Exemple d’équation de réaction :

HO– + CH3COOH → H2O + CH3COO–

Remarque : Le transfert d’ion hydrogène n’apparait pas dans l’équation de réaction.

Classées par mécanisme (réaction d’addition, de substitution, d’élimination, d’oxydoréduction,de réarrangement…) ou par groupe fonctionnel (réactions des alcools, des acides carboxyliques, des cétones…)
Une EC subit une modification structurale sans modification de sa formule brute. Passage d’une isomérie Z à E à cause d’une réaction photochimique.

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