Réaction chimique

Définition

Une réaction chimique est la transformation de la structure moléculaire des atomes d'une ou plusieurs substances (les réactifs) en d'autres (les produits). Les noyaux des atomes des espèces chimiques impliquées sont laissés intacts.

Résultat d'une réaction chimique :

Cette réaction chimique transforme des ingrédients individuels en un produit différent, souvent plus cohérent. Par exemple, la cuisson d'un gâteau nécessite une série de réactions chimiques.

Explications

La réaction chimique est un processus qui conduit à la transformation d'un ensemble de substances chimiques en d'autres par réorganisation ou rupture des liaisons atomiques. Elle englobe des changements qui n'impliquent que les positions des électrons dans la formation et la rupture des liaisons chimiques entre les atomes, sans modification des noyaux.

Un exemple de réaction chimique est la formation d'oxyde de fer produit par réaction de l'oxygène de l'air avec le fer naturellement ou du magnésium lorsqu'il est placé dans une flamme qui devient l'oxyde de magnésium, comme un exemple de réaction induite.

La symbolisation de chacune des étapes de la représentation des réactions est appelée équation chimique. Une réaction chimique peut être accélérée par un catalyseur (pour une catalyse) ou ralentie par un inhibiteur.

⭐ La représentation symbolique de chacune des réactions s'appelle l'équation chimique, y compris lors d'une précipitation (voir réaction de précipitation).

Les réactifs peuvent être des éléments chimiques ou des composés chimiques. Les produits obtenus à partir de certains types de réactifs dépendent des conditions dans lesquelles la réaction chimique intervient. Cependant, après une étude minutieuse, on constate que, bien que les produits peuvent varier avec des conditions changeantes, certaines quantités sont constantes dans une réaction chimique. Ces quantités constantes, les quantités conservées, incluent le nombre de chaque type d'atome présent, la charge électrique et la masse totale.

Suite à une réaction chimique, la substance d'origine n'est pas conservée : elle devient une autre matière avec libération ou absorption d'énergie. Le changement est irréversible la plupart du temps. En effet, la substance subit des changements irréversibles. Par exemple, lorsqu'ils sont brûlés, un gaz ne peut pas revenir à son état d'origine. Les cendres résultant formé une partie de la matière d'origine a subi une modification chimique.

Voir aussi une réaction exergonique, ou son contraire endergonique, une réaction catabolique...

Phénomène chimique

Les phénomènes chimiques sont les événements observables et possibles à mesurer, dans lesquels les substances intervenantes changent de composition chimique lorsqu'elles sont combinées. Les réactions chimiques impliquent une interaction qui existe au niveau des électrons de valence des substances intervenantes. Cette interaction est la liaison chimique.

Dans ces phénomènes, la substance d'origine n'est pas conservée, sa structure chimique est transformée, elle manifeste de l'énergie, elle n'est pas observée à l'oeil nu et elle est irréversible pour la plupart.

La substance subit des modifications irréversibles. Par exemple, lors de la gravure, un papier ne peut pas revenir à son état d'origine. Les cendres résultantes faisaient partie du papier original et ont subi une altération chimique. Voir aussi la combustion et la corrosion.

Types de réactions

Du point de vue de la chimie inorganique, deux grands modèles peuvent être postulés pour les réactions chimiques des composés inorganiques : réactions acido-basiques ou neutralisantes (sans modification des états d'oxydation) et réactions rédox (avec modification des états de oxydation).

Les types de réactions chimiques :

Les 5 principaux types de réactions chimiques sont : combinaison, décomposition, combustion, neutralisation et déplacement simple.

Les réactions chimiques en chimie organique sont basées sur différents types de composés tels que les alcanes, les alcènes, les alcynes, les alcools, les aldéhydes, les cétones, entre autres. Ces réactifs trouvent leur classification, leur réactivité ou leurs propriétés chimiques dans le groupe fonctionnel qu'ils contiennent et ce dernier sera responsable des modifications de la structure et de la composition du matériau. Parmi les groupes fonctionnels les plus importants, on trouve les doubles et triples liaisons et les groupes hydroxyle, carbonyle et nitro.

Facteurs influant sur la vitesse de réaction

Plusieurs facteurs, y compris des facteurs environnementaux, viennent influer la vitesse de réaction chimique :

• La nature de la réaction : certaines réactions sont, par nature, plus rapides que d'autres. Le nombre de réactifs, leur état physique, les particules qui forment des solides se déplacent plus lentement que ceux des gaz ou ceux en solution, la complexité de la réaction et d'autres facteurs peuvent grandement influencer la vitesse d'une réaction. Par exemple, la réaction des métaux alcalins avec des substances telles que l'oxygène ou l'eau est immédiate puisque les premiers mentionnés sont assez réactifs.
• La concentration : La vitesse de réaction augmente avec la concentration, telle que décrite par la loi de vitesse et expliquée par la théorie des collisions. À mesure que la concentration des réactifs augmente, la fréquence des collisions augmente également.
• La pression : La vitesse des réactions gazeuses augmente très significativement avec la pression, ce qui revient en fait à augmenter la concentration en gaz. Pour les réactions en phase condensée, la dépendance à la pression est faible et ne devient importante que lorsque la pression est très élevée.
• L'ordre : L'ordre de la réaction contrôle comment la concentration (ou la pression) affecte le taux de réaction.
• La température : Généralement, effectuer une réaction à une température plus élevée fournit plus d'énergie au système, ce qui augmente la vitesse de réaction en provoquant davantage de collisions entre les particules, comme l'explique la théorie des collisions. Cependant, la principale raison pour laquelle une augmentation de la température augmente la vitesse de réaction est qu'il y a un plus grand nombre de particules de collision qui ont l'énergie d'activation nécessaire pour que la réaction existe, entraînant des collisions plus réussies. L'influence de la température est décrite par l'équation d'Arrhenius. En règle générale, les taux de réaction de nombreuses réactions sont doublés pour chaque augmentation de température de 10 °C bien que l'effet de la température puisse être beaucoup plus important ou beaucoup plus faible. Par exemple, le charbon brûle dans un endroit en présence d'oxygène, mais pas lorsqu'il est stocké à température ambiante. La réaction est spontanée à haute et basse température, mais à la température ambiante, la vitesse de réaction est si faible qu'elle est négligeable. L'augmentation de la température, qui peut être créée par une allumette, permet à la réaction de démarrer et de se réchauffer, car elle est exothermique. Cela est vrai pour de nombreux autres carburants, tels que le méthane, le butane, l'hydrogène, etc.

Voir aussi la loi d'action de masse.

Le taux de réaction peut être indépendant de la température ou diminuer avec l'augmentation de la température. Les réactions sans barrière d'activation (par exemple, certaines réactions radicalaires) ont tendance à avoir une dépendance à la température anti-Arrhenius : la constante de vitesse diminue avec l'augmentation de la température :

• solvant : De nombreuses réactions ont lieu en solution et les propriétés du solvant affectent la vitesse de réaction. La force ionique a également un effet sur la vitesse de réaction.
• Rayonnement électromagnétique et intensité lumineuse : Le rayonnement électromagnétique est une forme d'énergie. En tant que tel, il peut augmenter la vitesse ou même rendre la réaction spontanée en fournissant plus d'énergie aux particules de réactif. Cette énergie est stockée, sous une forme ou une autre, dans les particules de réactifs (elle peut casser des liaisons, favoriser des molécules à des états électroniques ou vibrationnels excités, etc.), créant des espèces intermédiaires qui réagissent facilement. En augmentant l'intensité de la lumière, les particules absorbent plus d'énergie, de sorte que la vitesse de réaction augmente. Par exemple, lorsque le méthane réagit avec le chlore gazeux dans l'obscurité, la vitesse de réaction est très lente. Il peut être accéléré lorsque le mélange est irradié sous une lumière diffuse. En plein soleil, la réaction est explosive.
• Catalyseur : La présence d'un catalyseur augmente la vitesse de réaction (des deux réactions directes et inverses) en fournissant un chemin alternatif avec une énergie d'activation plus faible. Par exemple, le platine catalyse la combustion de l'hydrogène avec de l'oxygène à température ambiante. La catalyse est homogène si le catalyseur est dans une phase similaire aux réactifs et hétérogène si elle est dans une phase différente.
• Isotopes : L'effet d'isotope cinétique consiste en une vitesse de réaction différente pour la même molécule s'il possède des isotopes différents, généralement des isotopes d'hydrogène, en raison de la différence de masse entre l'hydrogène et le deutérium. Ces vibrations, il est donc nécessaire d'avoir plus d'énergie pour gérer l'énergie d'activation plus élevée pour rompre le lien.
• Surface de contact : Dans les réactions de surface, par exemple lors de la catalyse hétérogène, la vitesse de réaction augmente lorsque la surface de contact augmente. Cela est dû au fait que davantage de particules du solide sont exposées et peuvent être atteintes par les molécules de réactif.
• Mélange : Le mélange peut avoir un effet important sur la vitesse de réaction des réactions en phase homogène et hétérogène.

Performance chimique

La quantité de produit généralement obtenue à partir d'une réaction chimique est inférieure à la quantité théorique. Cela dépend de plusieurs facteurs, tels que la pureté du réactif; les réactions secondaires pouvant avoir lieu (il est possible que tous les produits ne réagissent pas), la récupération de 100 % de l'échantillon est pratiquement impossible.

Lorsque l'un des réactifs est en excès, le rendement doit être calculé par rapport au réactif limitant (facteur limitant). Et la performance dépend de la chaleur que la réaction expose.

En rapport avec "réaction chimique"

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