Mathématiques

Introduction

On appelle transformation chimique, le passage d’un système chimique d’un état initial à un état final avec transformation des espèces chimiques.

Par exemple, la corrosion du fer dans le dioxygène de l’air transforme le fer en rouille (oxyde de fer).
• Etat initial: fer Fe et dioxygène O₂.
• Etat final: oxyde de fer Fe₂O₃

Les espèces qui sont présentes dans l’état initial sont appelées réactifs et leur quantité de matière diminue au cours de la transformation chimique.

Les espèces qui apparaissent dans l’état final sont appelées produits et leur quantité de matière augmente au cours de la transformation chimique.

Modélisation d’une transformation chimique

Réactifs → Produits

On modélise la transformation chimique par une réaction chimique qui sera associée à une équation chimique (ou équation-bilan). Pour écrire une équation chimique, on place une flèche horizontale vers la droite, les réactifs sont placés à gauche de la flèche et les produits à droite de la flèche.

La flèche (→) symbolise la transformation chimique.

Au cours d’une transformation chimique, les éléments chimiques (le nombre d’atomes) et la charge électrique se conservent.

La masse des réactifs et des produits restera la même, car ce sont les mêmes atomes au début et à la fin de la réaction. Il se produira un réarrangement des atomes pour former des nouvelles molécules à la fin de la réaction.

Pour écrire une équation chimique en écriture symbolique, il est donc nécessaire d’ajuster les nombres devant les formules chimiques. Ces nombres sont appelés nombres stoechiométriques. On dit que l’on équilibre l’équation chimique.

Exemple 1

Le butane de formule C₄H₁₀, brûle dans le dioxygène de formule O₂ et se transforme en dioxyde de carbone de formule CO₂ et en eau H₂O.

équation équilibrée : …. C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

réactifs : C = 4 produits : C = 1 × 4 = 4

H = 10 H = 2 × 5 = 10

O = 2 × 13/2 = 13 O = (2 × 4 + 1 × 5) = 13

Remarque : Par convention, il n’est pas possible les nombres stoechiométriques sous forme fractionnaire. Il est donc préférable d’écrire l’équation bilan comme ci-dessous, en doublant l’ensemble des nombres stoechiométriques :

équation équilibrée : 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Exemple 2

L’action de l’acide chlorhydrique de formule H⁺ + Cl⁻ sur l’hydroxyde de sodium de formule Na⁺ + HO⁻ produit de l’eau H₂O :

équation équilibrée : H⁺ + HO^– → H₂0

réactifs : produits :

H = 2 H = 2

O = 1 O = 1

charges ioniques :

1⊕ – 1⊖ = neutre pas de forme ionique