Réaction chimique
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Qu'est-ce qu'une réaction chimique ?
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Une réaction chimique est une transformation de la matière qui se fait sans variation mesurable de masse. La matière est composée d'atomes regroupés dans des composés chimiques, au cours d'une réaction chimique, les composés s'échangent leurs atomes ; ce faisant, la nature des composés change.
Les réactions chimique provoquent un changement de la nature de la matière, on exclue donc les transformations purement physiques, comme les changements d'état (fusion, solidification, évaporation, ébullition...), l'usure et l'érosion, la rupture... On exclue également les transformation des noyaux des atomes, donc les réactions nucléaires. Les réaction chimiques ne concernent que changements de liaisons entre les atomes (liaisons covalentes, liaisons ioniques, liaisons métalliques).
Les produits chimiques présents en début de réaction sont appelés réactants. Les produits chimiques présents en fin de réaction sont appelés produits de réaction. Une réaction peut dégager de la chaleur, elle est alors dite exothermique. Elle peut nécessiter de la chaleur (donc « produire du froid »), elle est alors dite endothermique. D'une manière générale, une réaction ne peut avoir lieu que si certaines conditions sont réunies (présence des réactants, conditions de température, de pression, de lumière). Certaines réactions nécessitent, ou sont facilitée par, la présence d'une substance chimique appelée catalyseur. Le catalyseur permet la réaction ou la facilite, mais se retrouve intégralement dans les produits de réaction. Soit il ne participe pas à la réaction mais se contente d'«activer» la rupture des liaisons, soit il y participe mais est régénéré à la fin, le catalyseur n'est donc pas consommé dans la réaction. En biologie, les catalyseurs sont appelés enzymes.
Pour représenter les phénomènes qui ont lieu au cours d'une réaction chimique, on écrit une équation chimique.
Réaction chimique et énergie
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En thermodynamique, on considère l'énergie totale d'un système. Les transformations ayant lieu lors de la réaction chimique entraînent une diminution de l'énergie totale. En effet, dans une molécule ou un cristal, l'«accrochage» des atomes entre eux nécessite de l'énergie, appelée énergie de liaison. Lorsque l'on rompt une liaison (on « casse » la molécules ou le cristal en « éparpillant » ses atomes), il faut fournir de l'énergie. Lorsque les atomes se recombinent, ils récupèrent de l'énergie pour former la liaison. À la fin d'une réaction, l'énergie stockée dans les liaisons des produits de réaction est plus faible que celle qui était stockée dans les liaisons des réactant.
Mais au cours de la réaction, il y a un moment où les anciennes liaisons sont rompues et les nouvelles ne sont pas encore crées. C'est un état où l'énergie du système est élevée, un état transitoire, qui fait une véritable barrière à la réaction. L'amorçage de la réaction consiste tout simplement à faire franchir cette barrière énergétique au système. Cette barrière énergétique est appelée énergie d'activation.
Afin de simplifier l'étude, on isole la partie purement chimique de l'énergie en considérant les autres parties de l'énergie (notamment la chaleur et l'énergie de compression) constantes. Cette énergie chimique est appelée enthalpie et est notée H. Le gain d'énergie chimique par la réorganisation des liaisons est l'enthalpie de réaction ΔH.
L'étude de l'aspect énergétique des réactions chimiques est la thermochimie.
Vitesse de réaction
L'étude de l'énergie du système (thermochimie) permet de savoir si une réaction peut avoir lieu ou pas, quelle énergie initiale il faut fournir pour franchir la barrière. Mais il y a un autre paramètre important : la vitesse de réaction.
Voir l'article détaillé Cinétique chimique.
Exemples de réactions chimiques
Parmi les réactions chimiques les plus courantes, citons :
- la respiration, la fermentation lactique et la fermentation alcoolique qui permettent aux organismes de produire de l'énergie
- la sécrétion de produits par les organes (larmes, sueurs, salive, sucs gastriques, hormones...), l'action de ces sécrétions
- la combustion (entre autres dans les moteurs à explosion et les chaudières), le feu
- la cuisson des aliments, les brûlures
- la corrosion de la matière (par exemple la rouille)
- la photosynthèse chlorophylienne qui permet aux plantes de régénérer le dioxygène de l'air en récupérant le carbone
- la dissolution des métaux par l'acide
- la révélation des photographies
- la fabrication d'électricité par les piles, le stockage et la libération d'électricité par les batteries et accumulateurs
- l'élaboration des métaux à partir des minerais (métallurgie)
- la fabrication de l'essence, des huiles et des plastiques à partir du pétrole
- la fabrication des produits d'entretien : savon (réaction de saponification), eau de Javel, acide chlorhydrique, soude caustique, ammoniaque
- la fabrication d'engrais, pesticides, produits phytosanitaires...
- la fabrication des médicaments
- la vinification, la transformation alcool → acide éthanoïque (vinaigre)
- le « virage au vert » de l'alcootest
- la pollution à l'ozone à partir des polluants atmosphériques
- la destruction de l'ozone par les composés chlorofluorocarbonés (CFC, fréons)