Fiche de physique - chimie
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Les atomes et les transformations chimiques

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Nous avons étudié précédemment que les combustions étaient des transformations chimiques où il y avait apparition de nouveaux produits à partir de réactifs de départ. Au cours de ces transformations chimiques, nous avons établi le bilan chimique des réactions faisant apparaître les réactifs et les produits. Dans cette fiche, nous allons expliquer ces bilans chimiques en utilisant le modèle atomique.

I. Rappels sur la structure de la matière.

Nous savons déjà que la matière est composée à partir d'atomes dont l'assemblage forme des molécules. Ainsi, le dioxyde de carbone dont la formule chimique brute est CO2 est constitué d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène.
Le méthane de formule chimique brute CH4 comprend un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène.
Le dioxygène de formule chimique O2 comprend deux atomes d'oxygène.
Enfin la molécule d'eau, de formule chimique brute H2O comprend deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
La formule brute chimique d'une molécule donne le symbole et le nombre des atomes qui la constitue. Ainsi, écrire le bilan chimique d'une transformation chimique indique le nom et le nombre des atomes qui constituent les réactifs et les produits. Nous allons étudier la réaction chimique du point de vue des atomes et des molécules.

II. Atomes et molécules dans les transformations chimiques.

Nous allons revenir sur les deux réactions de combustion étudiées dans la fiche précédente.

Dans la combustion du carbone dans le dioxygène de l'air, le bilan chimique s'écrit:

Carbone + Dioxygène \Rightarrow Dioxyde de carbone
C + O2 \Rightarrow CO2

Dans cette réaction, il y a au départ un atome de carbone et deux atomes d'oxygène et à l'arrivée, c'est à dire dans le produit, il y a aussi un atome de carbone et deux atomes d'oxygène.

Dans la combustion du méthane dans le dioxygène de l'air, le bilan chimique s'écrit:

Méthane + Dioxygène \Rightarrow Dioxyde de carbone + Eau
CH4 + O2 \Rightarrow CO2 + H2O


Comme il y a un atome de carbone, quatre atomes d'hydrogène et deux atomes d'oxygène au départ et à l'arrivée, un atome de carbone, trois atomes d'oxygène et deux atomes d'hydrogène, il n'y a pas le même nombre d'atomes à l'arrivée qu'au départ, il faut donc équilibrer cette réaction chimique.

Pour cela, j'écris le coefficient 2 devant la molécule d'eau et aussi le coefficient 2 devant la molécule de dioxygène. Ainsi nous obtenons le bilan chimique de la réaction équilibrée :

CH4 + 2 O2 \Rightarrow CO2 + 2 H2O


Maintenant, on a bien le même nombre d'atomes de chaque sorte, de chaque côté de l'équation bilan soit un atome de carbone, quatre atomes d'hydrogène et quatre atomes d'oxygène.

En conclusion, dans une transformation chimique, il y a conservation du nombre d'atomes de chaque sorte. Les molécules des réactifs sont détruites et leurs atomes sont réorganisés pour former des molécules nouvelles constituant les produits. Nous pouvons aussi en déduire que les corps purs et leurs molécules comme le dioxygène (réactif de départ) ne sont pas conservés car on ne les retrouve pas dans les produits formés.

III. Conservation de la masse au cours d'une transformation chimique.

Les photographies d'une expérience entre l'acide chlorhydrique et le calcaire sont présentées ci-dessous:
Les atomes et les transformations chimiques : image 1


On a placé sur une balance un erlenmeyer rempli avec quelques millilitres d'acide dilué et on a posé à côté des morceaux de craie (calcaire).La balance indique une masse de 23.8 grammes.

On mets les morceaux de craie dans l'erlenmeyer et on observe une réaction chimique entre l'acide chlorhydrique et le calcaire des morceaux de craie, une effervescence se produit jusqu'à ce que tous les morceaux de craie soient dissous. Pendant toute la durée de l'expérience, la balance indique toujours la même masse de 23.8 grammes.

Au cours d'une transformation chimique, la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui apparaissent, on dit que la masse se conserve. La conservation de la masse est une conséquence de la conservation des atomes au cours d'une transformation chimique: les atomes contenus dans les réactifs se retrouvent dans les réactifs.

Lorsque l'expérience est terminée, on retire le bouchon de l'erlenmeyer, on entend alors un gaz s'échapper et la balance indique une masse inférieure à 23.8 grammes. Le gaz qui s'échappe est du dioxyde de carbone, il est donc pesant.

En conclusion, la nature des corps a changé au cours de la réaction chimique mais il n'y a ni perte, ni création de matière.

Le bilan chimique de la réaction de l'acide chlorhydrique avec le calcaire s'écrit ainsi :

Les atomes et les transformations chimiques : image 2


Acide chlorhydrique + Carbonate de calcium \Rightarrow chlorure de calcium + Dioxyde de carbone+Eau

2 H Cl + Ca CO3 \Rightarrow CaCl2 + CO2 + H2O


Il y a conservation de la masse et du nombre d'atomes: deux atomes d'hydrogène, deux atomes de chlore, un atome de calcaire, un atome de carbone et trois atomes d'oxygène au départ de la réaction chimique comme à l'arrivée.

D'où la célèbre phrase de Antoine-Laurent De Lavoisier: «Rien ne se perd, rien ne se créé tout se transforme».
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