Chapitre 4 Les Transformations de la Matière

CHAPITRE 4
Science et technologie de l'e nvironnement
CHAPITRE 4 LES TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE
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QU'EST-CE QU'UNE TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE?
Une transformation physique ne change pas
la nature ni les propriétés caractéristiques de
la matière.
Les atomes et les molécules ne changent pas!
Les déformations
les changements de phases
Les dissolutions
Une transformation chimique change la
nature et les propriétés caractéristiques de la
matière.
Les atomes ne changent pas mais sont
réassemblés en de nouvelles molécules!
Les synthèses
Les décompositions
Les oxydations
Les précipitations
Une transformation nucléaire implique la
réorganisation du noyau atomique (neutrons
et protons).
Les atomes eux-mêmes changent.
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La fusion nucléaire
La fission nucléaire
LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES.
CERTAINS INDICES
PERMETTENT
DE RECONNAÎTRE UN
CHANGEMENT CHIMIQUE:
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Le dégagement d'un gaz
Le dégagement ou l'absorption de chaleur
Le dégagement de lumière
Le changement de couleur
La formation d'un précipité
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6CO2 + 12H2O + énergie → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
6 moles de gaz carbonique réagissent avec 12 moles d'eau pour produire, avec
l'énergie lumineuse, 1 mole de sucre, 6 moles de dioxygène et 6 moles d'eau.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + énergie
1 mole de sucre réagit avec 6 moles de dioxygène pour produire 6 moles de gaz
carbonique et 6 moles d'eau, avec une production d'énergie.
2.1 LA LOI DE LA CONSERVATION DE LA MASSE.
Quelque soit la nature du changement chimique, la
RIEN NE SE PERD
quantité de matière (la masse) demeure toujours
RIEN NE SE CRÉE
constante!
TOUT SE TRANSFORME
Les atomes se réorganisent ou non pour former de
nouvelles molécules, mais les atomes eux-mêmes ne sont jamais modifiés.
LA MASSE DES RÉACTIFS = LA MASSE DES PRODUITS
-(s) = solide
-(l) = liquide
-(g) = gaz
-(ppt) = précipité
-(aq) = aqueux
2.2 LE BALANCEMENT DES ÉQUATIONS CHIMIQUES.
Pour qu’une réaction chimique soit équilibrée, il faut qu’elle respecte la loi de la
conservation de la masse. On retrouvera le même nombre d’atomes de chaque
élément de chaque côté (réactifs et produits) de la réaction.
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Voici la réaction suivante :
CH4(g) + O2(g)→ CO2(g) + H2O(g)
Vérifier si l’équation est équilibrée en vérifiant le nombre d’atomes des réactifs
et des produits. La méthode la plus utilisée est la méthode par essai et erreur
ou par tâtonnement.
«élément»
en grec ancien
2.3 LA STOECHIOMÉTRIE.
C'est l'étude des quantités de réactifs nécessaires pour réaliser une réaction
chimique avec la formation d'une quantité de produits.
Dans le tableau périodique, la masse atomique de chaque élément correspond à
une mole de substance.
Exemples :
1g d’hydrogène = 1 mole d’hydrogène ou 1 mole d’atome d’hydrogène
16g d’oxygène = 1 mole d’oxygène ou 1 mole d’atome d’oxygène
1 mole de carbone = 6,02 x 1023 atomes de C
1 mole de NaCl = 6,02 x 1023 molécule de NaCl
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La masse du CaCl2 est Ca = 40,08g/mol + Cl=35,45g/mol
DIFFÉRENTES UTILISATIONS:
2 H2
+
O2
2 H 2O
2 molécules de dihydrogène
avec
1 molécules de dioxygène
forment
2 molécules d'eau
2 moles de dihydrogène
avec
1 mole de dioxygène
forment
2 moles d'eau
4 g de dihydrogène
avec
32 g de dioxygène
forment
36 g d'eau
1 g de dihydrogène
avec
8 g de dioxygène
forment
9 g d'eau
EXEMPLE DE RÉSOLUTION DE PROBLÈME:
Combien de moles de H2 faut-il pour produire 122g d'eau?
2 H2
+
O2
2 H 2O
2 mol de H2 produisent 36,04 g d'eau; alors combien de g d'H2 pour obtenir
122g d'eau:
2 mol
?g
2 mol X 122g
=
36.04 g
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= 6,77 mol de H2
122 g
36,04 g
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2.4 LES RÉACTIONS EXOTHERMIQUES ET ENDOTHERMIQUES.
Une réaction EXOTHERMIQUE est une transformation chimique
qui dégage (produit) de l'énergie.
Certaines réactions dégagent de l’énergie sous forme de chaleur. On parle de
réaction exothermique. L’énergie est un produit de la réaction et elle apparaît du côté
des produits dans l'équation.
Réactions exothermiques : KOH(s)+ H2O(l)→ KOH(aq) + H2O(l) + énergie
H2(g) + ½ O2(g)→H2O(l) + 285,8kJ
Le terme «énergie ou sa valeur (285,8kJ)» est placé du côté des produits dans une
réaction exothermique.
Une réaction ENDOTHERMIQUE est une transformation
chimique qui absorbe (demande) de l'énergie.
Lorsque l’on a une absorption d’énergie qui se manifeste par un refroidissement d’une
substance, on a une réaction endothermique. On doit apporter de l'énergie aux
réactifs pour que la réaction se produise. Vue que l'énergie est nécessaire comme
réactif, on l'ajoute avec les réactifs dans l'équation.
Réactions endothermiques : NH4Cl(s) + H2O(l) + énergie→ NH4OH(aq) + HCl(aq)
MgCO3(s) + 117,3kJ →MgO(s)+ CO2(g)
Le terme «énergie ou sa valeur (117,3kJ)» est placé du côté des réactifs dans une
réaction endothermique.
Pour qu'il y ait réaction chimique, il doit y avoir collisions efficaces entre les molécules de réactifs.
Un complexe activé est une grosse molécule instable, pleine d'énergie, résultant d'une collision
efficace entre les réactifs.
L'énergie d'activation est l'énergie nécessaire aux molécules de réactifs pour pouvoir faire une
collision efficace et former un complexe activé.
• Le delta H est la différence d'enthalpie entre les produits résultants et les réactifs.
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On a établit l'énergie nécessaire pour briser ou former certaines liaisons chimiques.
Voir les 2 tableaux, 4.12 et 4.13 à la page 115 du manuel.
En relevant systématiquement l'énergie contenu dans tous les liens des réactifs, on
obtient l'énergie nécessaire à la formation d'un complexe activé (énergie
d'activation).
On peut calculer l'énergie qui sera nécessaire ou libérée dans la formation des
produits.
Pour l'équation
H2 + 1/2O2 --> H2O,
les réactifs doivent
s'atomiser en brisant
un lien H-H (436 kJ)
et un "demi lien" O=O
(438 kJ ÷ 2). On doit
donc fournir 685 kJ
pour amorcer la
réaction. De même, la
réaction entraînera la
formation de 2 liens
H-O (922 kJ).
La valeur de
l'énergie d'activation
de la réaction
directe (de gauche à
droite) est
de 80 kJ.
La valeur du delta H
de la réaction
directe est de - 40
kJ.
La réaction est
exothermique.
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La valeur de
l'énergie d'activation
de la réaction
directe (gauche à
droite) est de 980
kJ.
La valeur du delta H
de la réaction
directe est de + 280
kJ.
La
réaction est
endothermique.
2.5 QUELQUES
TRANSFORMATIONS CHIMIQUES.
LES SYNTHÈSES
LES DÉCOMPOSITIONS
A + B → AB
AB → A + B
La formation d’une molécule complexe
à partir d’éléments ou de molécules
plus simples.
La transformation d’une molécule
complexe en éléments ou en molécules
plus simples.
6CO2 + 12H2O + lumière → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + É
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LES OXYDATIONS
LES COMBUSTIONS
A + O2 → AO2
Changement chimique qui implique
l’oxygène comme réactif
(ou autre substance similaire)
Le comburant est la substance
qui fait réagir le combusstible;
exemple: oxygène
Le combustible est la substance
qui s'oxyde, avec libération d'É;
exemple: le bois
4Fe(s) + 3 O2(g)→ Fe2O3(s)
La T° d'ignition est la T° qui permet
de fournir l'É pour amorcer la
combustion
LA PRÉCIPITATION
LA NEUTRALISATION
Na+Cl-(aq) + Ag+NO3-(aq) →
Ag+Cl-(s)+ Na+NO 3-(aq)
acide(aq) + base(aq) →
sel(s)+ eau(l)
Le mélange de 2 solutions aqueuses
peuvent former des solutions solubles
ou non solubles (précipités).
Le mélange d'un acide (H+) avec une
base (OH-) qui donne un sel (métalnon métal) et de l'eau
HCl(aq) + NaOH(aq) ⎯
⎯→ NaCl(aq) + H 2 O(l)
H + (aq) + Cl − (aq) + Na + (aq) + OH − (aq)
⎯
⎯→ Na + (aq) + Cl − (aq) + H 2 O(l)
H + (aq) + OH − (aq) ⎯
⎯→ H 2 O(l)
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3. LES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES.
3.1 LA STABILITÉ NUCLÉAIRE.
Ce sont des réactions qui se font dans le noyau de
l'atome, en changeant le nombre de protons et de
neutrons (la masse atomique) et de ce fait, en
changeant la nature de l'élément atomique.
Les neutrons empêchent les protons (P+) de se repousser (force nucléaire vs force
électrique), mais cette force nucléaire diminue avec l'augmentation de la taille du
noyau; plus la masse atomique est grande, plus le noyau est instable.
3.2 LA RADIOACTIVITÉ.
C'est un processus naturel au cours duquel un
atome instable tend à se transformer en un atome
plus stable en émettant de l'É rayonnante.
Par exemple, l'uranium à tendance
à se transformer en plomb.
On peut prévoir le temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux d'une
matière radioactive: c'est la demi-vie.
3.3 LES TYPES DE TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES.
LA FISSION NUCLÉAIRE:
C'est une réaction nucléaire
qui consiste à briser le noyau
d'un gros atome pour former
plusieurs noyaux d'atomes légers.
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CHAPITRE 4
LA FUSION NUCLÉAIRE:
C'est une réaction nucléaire qui consiste à
fusionner 2 petits noyaux d'atomes pour
former un noyau plus lourd.
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