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Les preuves d’un changement chimique

Des éprouvettes remplies de liquides colorés

Des éprouvettes remplies de liquides colorés (simonkr, iStockphoto)

Des éprouvettes remplies de liquides colorés

Des éprouvettes remplies de liquides colorés (simonkr, iStockphoto)

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6.3

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Apprends à reconnaître si une réaction chimique s’est produite.

Chaque jour, la matière subit des changements. Ces changements peuvent être qualifiés de changements physiques ou de changements chimiques.

Les changements physiques peuvent presque toujours être inversés. Par exemple, lorsque de l’eau liquide gèle et forme de la glace, il y a toujours de l’eau. Elle se trouve simplement sous un autre état. Si tu dissous du sucre dans un verre d’eau, tu peux faire évaporer l’eau pour obtenir à nouveau le sucre à l’état solide. Ce changement physique particulier est appelé changement de phase. Un changement de phase est le passage d’un état ou d’une forme lors duquel aucune nouvelle substance n’est formée.Les changements physiques peuvent presque toujours être inversés. Par exemple, lorsque de l’eau liquide gèle et forme de la glace, il y a toujours de l’eau. Elle se trouve simplement sous un autre état. Si tu dissous du sucre dans un verre d’eau, tu peux faire évaporer l’eau pour obtenir à nouveau le sucre à l’état solide. Ce changement physique particulier est appelé changement de phase. Un changement de phase est le passage d’un état ou d’une forme lors duquel aucune nouvelle substance n’est formée.

Chaque jour, le monde qui nous entoure subit aussi de nombreux changements chimiques. Ces derniers nous aident à rester au chaud, à nous nourrir, à alimenter les voitures et à jouer à des jeux sur nos téléphones intelligents. Tout ce que tu vois autour de toi subit ou a subi un changement chimique. Il s’en produit même à l’intérieur de toi!

Un changement chimique, ou réaction chimique est un procédé par lequel une ou plusieurs substances sont transformées en d’autres substances par des moyens chimiques. Il peut s’agir de la combinaison de deux substances. Ou encore de la division d’une substance en différentes substances. Dans une réaction chimique, au moins une nouvelle substance est formée.

À gauche : Un glaçon qui fond est un bon exemple de changement physique. À droite : Une banane qui brunit est un bon exemple de changement chimique
À gauche : Un glaçon qui fond est un bon exemple de changement physique. À droite : Une banane qui brunit est un bon exemple de changement chimique (Sources : tomch via iStockphotoLuda311 via iStockphoto).

La conservation de la matière

Lorsqu’un changement chimique ou physique se produit, tu peux observer différents types de choses. En revanche, la masse demeurera toujours la même. En d’autres mots, la masse totale au début et à la fin de la réaction sera la même. Cela se mesure plus facilement dans un système fermé qui empêche toute matière d’y entrer ou d’en sortir.

À titre d’exemple, prenons une réaction de combustion bien connue comme faire brûler une bûche de bois. Pour observer le principe de conservation de la matière, tu pourrais déterminer la masse de la bûche avant de la brûler. Une fois la bûche brûlée, tu peux déterminer la masse des cendres. Tu remarquerais toutefois que la masse des cendres est beaucoup moins importante que la masse de la bûche. Dans ce cas, où se trouve le reste de la matière? Dans les airs! Le gaz carbonique et la vapeur d’eau sont des produits de la réaction de combustion. En collectant et en déterminant la matière des gaz produits lors de la combustion du bois, tu obtiendrais la masse manquante. C’est exactement ce qu’Antoine Lavoisier a fait pour prouver son principe! Nous appelons maintenant ce principe la loi de la conservation de la matière.

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

Antoine Lavoisier (1789)

Bien avant Lavoisier, d’autres scientifiques avaient expérimenté et démontré cette loi. On attribue généralement le mérite de cette loi à Lavoisier puisqu’il l’a publiée dans ce qui est considéré comme le premier manuel de chimie. Ce livre a favorisé le passage de l’alchimie à la chimie moderne. Ce qui rend le travail de Lavoisier important est son utilisation des mathématiques pour décrire ce qui se passait lorsque l’on mélange des éléments. Son travail a mis l’accent sur la nécessité de mesurer et de calculer. Nous pouvons voir ces mathématiques en action lorsque nous équilibrons des équations chimiques.

Comment savoir si une réaction chimique s’est produite

Lorsqu’une réaction chimique se produit, nous pouvons faire de nombreuses observations différentes. Nous pouvons observer un changement de température, l’émission de lumière, un changement de couleur, un dégagement de gaz ou un changement dans la quantité de réactifs ou de produits. Toutes ces observations sont utiles pour déterminer si une réaction chimique s’est produite ou non.

Chaleur ou lumière

De nombreuses réactions impliquent un transfert d’énergie. Dans certains cas, l’énergie peut être ressentie sous forme d’énergie thermique ou être perçue sous forme d’énergie lumineuse. Bien souvent, nous percevons la lumière et la chaleur au même moment!

La combustion du bois est un bon exemple de réaction chimique qui permet de percevoir à la fois la lumière et la chaleur
La combustion du bois est un bon exemple de réaction chimique qui permet de percevoir à la fois la lumière et la chaleur (Source : LAWJR via Pixabay).

Nous appelons réaction exothermique la réaction qui dégage de la chaleur. La chaleur est transmise des réactifs vers l’environnement externe. Lorsque le contraire se produit et qu’une réaction chimique absorbe la chaleur de son environnement, nous ressentons du froid. Nous appelons cette réaction une réaction endothermique. L’incandescence est un phénomène qui se produit lorsqu’une substance très chaude émet de la lumière.

Bon nombre de réactions chimiques produisent de la lumière ou de la chaleur. L’exemple le plus connu d’une réaction chimique qui produit à la fois de la chaleur et de la lumière est la combustion du gaz propane dans une cuisinière à gaz ou un barbecue.

Parfois, de la lumière est émise par une substance à basse température. C’est ce que nous appelons la luminescence. C’est ce qui se produit, par exemple, lorsque l’on allume un bâton lumineux. Lorsque l’on plie le bâton, deux substances chimiques entrent en réaction et produisent de la lumière. Nous appelons chimiluminescence la production d’énergie lumineuse par une réaction chimique inorganique. Lorsque des organismes vivants se servent de substances chimiques dans leur corps pour émettre de la lumière, nous appelons ce phénomène bioluminescence.

Vidéo avec sous-titres en français - La bioluminescence est brillante (2013) par TED-Ed (4 min. 8 s.).

Le changement de couleur

Un changement de couleur est un autre indice qu’une réaction chimique s’est produite. La rouille en est un bon exemple. Le fer pur est naturellement de couleur argentée. Sur Terre, nous n’avons généralement pas la chance de le voir de cette façon puisqu’il réagit facilement avec l’oxygène dans l’air.

L’équation chimique de cette réaction est :

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3

Comme tu le sais peut-être déjà, la rouille est d’une couleur rougeâtre. La rouille est responsable des magnifiques couleurs que nous admirons dans le Grand Canyon ainsi que de la couleur du sol sur Mars.

À gauche, des clous de fer rouillés et, à droite, des clous de fer neufs. Remarque la différence de couleur.
À gauche, des clous de fer rouillés et, à droite, des clous de fer neufs. Remarque la différence de couleur. (Source : RobertoDavid via iStockphoto).

Une autre réaction impressionnant est celle entre du permanganate de potassium et du sucre (glucose). Dans cette réaction, la couleur change au fur et à mesure que les réactifs se transforment en produits! Tu n’as même pas besoin de produits chimiques pour le voir de tes propres yeux. Essaie cette activité à la maison!

Vidéo de la réaction chimique du permanganate de potassium et du glucose : Changement de couleur (2016) par Science Bits (39 s.).

La formation d’un gaz

Parfois, le produit d’une réaction chimique est un gaz. Dans ce cas, nous pouvons observer des bulles ou une fumée.

La réaction entre le bicarbonate de soude et le jus de citron (acide citrique) est un bon exemple d’une réaction chimique qui libère un gaz. En mélangeant du bicarbonate de soude avec du jus de citron (ou du vinaigre), les deux substances réagissent rapidement pour former des bulles. Ces bulles sont composées de dioxyde de carbone gazeux (CO2(g)). Ces bulles de dioxyde de carbone sont aussi responsables du pétillement des boissons gazeuses. La combustion du papier ou du bois (un exemple de réaction de combustion) produit aussi du gaz carbonique et de la vapeur d’eau.

La réaction chimique entre le bicarbonate de soude et le jus de citron entraîne la formation de bulles de gaz carbonique
La réaction chimique entre le bicarbonate de soude et le jus de citron entraîne la formation de bulles de gaz carbonique (Source : uuurska via iStockphoto).

Attention aux fausses idées!

Fais attention à ne pas confondre un changement de phase avec une formation de gaz. La vapeur d’eau qui se forme en chauffant de l’eau n’est pas la preuve d’un changement chimique!

Dans le cas de certaines réactions chimiques, le gaz libéré peut être très toxique. Cela risque même de se produire à la maison si certains produits de nettoyage sont mélangés. Respirer le gaz libéré par le mélange de certains produits nettoyants peut même entraîner la mort. C’est pourquoi il ne faut jamais, jamais, jamais utiliser deux produits de nettoyage différents ensemble!

Les réactions de précipitation

Dans certains cas, lorsque deux solutions subissent une réaction chimique, l’un des produits formés par la réaction n’est pas soluble. C’est-à-dire qu’il ne peut être dissous dans la nouvelle solution. On observe donc la formation d’un solide distinct qui se sépare de la solution. Ce solide est appelé un précipité. Tu as probablement déjà entendu le mot « précipitation », mais sûrement pas en parlant de chimie. Nous employons notamment le mot précipitation pour parler des différents types d’averses qui tombent du ciel. Le solide formé par une réaction de précipitation se dépose ou coule aussi souvent au bas de la solution. Les réactions de précipitation sont toutes des réactions de double substitution.

La vidéo ci-dessous montre plusieurs exemples de formation d’un précipité, comme ceux dans lesquels des solutions incolores forment des précipités colorés. Qui aurait cru que la chimie pouvait être si magnifique!

De belles réactions chimiques – Précipité (2014) par iseen (1 min 22 sec).

 

En savoir plus

Changements physiques et chimiques dans la cuisine
Cet article de Parlons sciences porte sur les changements chimiques et physiques qui se produisent dans la cuisine.

La conservation de la matière (2017)
Cette vidéo (3 min 8 sec) de Alloprof présente le concept de la conservation de la matière lors d'une réaction chimique.

Les risques chimiques
Cette vidéo (9 min 3 sec) de l’INRS présente les risques et les règles de sécurité en lien avec l’utilisation des produits chimiques.

Références

Evidence of a Chemical Reaction. (2021, February 9). Retrieved from https://chem.libretexts.org/@go/page/47498