2.8 : Réactions chimiques

Aperçu

Une réaction chimique est un processus par lequel les liaisons entre les atomes des substances sont réarrangées pour générer de nouvelles substances. La matière ne peut être ni créée ni détruite dans une réaction chimique : le même type et le même nombre d’atomes qui composent les réactifs sont toujours présents dans les produits. Le simple réarrangement des liaisons chimiques produit de nouveaux composés.

Les réactions chimiques réorganisent les atomes en nouvelles substances

Une réaction chimique prend les matières premières — les réactifs — et les transforme en substances différentes — les produits. Les identités des éléments sont les mêmes des deux côtés de l’équation, mais ils sont disposés en substances différentes après que la réaction a eu lieu. Dans les réactions chimiques, les liaisons entre les atomes sont rompues et formées à nouveau, ce qui signifie que les électrons partagés entre les atomes sont réarrangés. Les réactions peuvent être spontanées, ou elles peuvent uniquement se produire en présence d’une source d’énergie, comme la chaleur ou la lumière. En outre, les macromolécules peuvent agir comme des enzymes, des catalyseurs qui accélèrent considérablement les réactions chimiques. La plupart des réactions biologiques prendraient beaucoup trop de temps pour s’achever sans enzymes.

Les réactions chimiques peuvent être permanentes ou réversibles

Certains types de réactions se dérouleront de façon irréversible jusqu’à ce que tous les réactifs soient utilisés, tandis que d’autres sont réversibles, les produits pouvant être transformés de nouveau en réactifs si les conditions changent. Certains types de réactions chimiques, comme les réactions de combustion ou les réactions de précipitation qui forment un produit solide à partir de deux substances dissoutes, ne se déroulent généralement que dans un seul sens. Un exemple de réaction irréversible est la combustion d’hydrocarbures en présence d’oxygène atmosphérique, qui produit de la chaleur et de l’énergie lumineuse, du dioxyde de carbone gazeux et de l’eau. D’autres réactions se produisent dans les deux sens jusqu’à ce que les réactifs et les produits soient à l’équilibre — le stade où il n’y a pas de changement net dans les réactifs ou les produits.

La loi sur la conservation de la matière et les équations chimiques équilibrées

Dans une réaction chimique, la matière ne peut être ni créée ni détruite, un principe qui est connu sous le nom de loi de conservation de la matière. Cependant, les produits qui sont formés contiennent souvent des rapports d’atomes différents de ceux des réactifs. Une équation chimique équilibrée tient compte de tous les atomes des deux côtés de l’équation en ajoutant des coefficients aux produits et aux réactifs jusqu’à ce que le nombre total de chaque type d’atome soit égal des deux côtés de l’équation. Un coefficient s’applique à tous les atomes d’un composé, tout comme un coefficient mathématique s’applique à toutes les variables contenues dans une instruction entre parenthèses. Par exemple, la réaction qui génère de l’eau à partir des gaz d’hydrogène et d’oxygène est la suivante :

H₂ + O₂ → H₂O

Dans cette équation déséquilibrée, il y a deux atomes d’hydrogène de chaque côté, mais il y a un nombre inégal d’atomes d’oxygène. Pour équilibrer l’équation, des coefficients sont ajoutés de sorte qu’il y ait un nombre égal d’atomes d’hydrogène et d’oxygène des deux côtés :

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Dans l’équation équilibrée, il y a un total de quatre atomes d’hydrogène et deux atomes d’oxygène de chaque côté de l’équation.

Les réactions chimiques alimentent les cellules

Deux processus importants qui alimentent à peu près toute la vie sur Terre sont la photosynthèse, qui convertit la lumière du soleil en glucose à six carbones, et la respiration cellulaire, qui convertit le glucose en énergie utilisable. Ces deux réactions essentielles sont, à la base, une paire de réactions chimiques complémentaires. Les organismes photosynthétiques utilisent l’énergie de la lumière du soleil pour transformer le dioxyde de carbone et l’eau en sucre et en oxygène moléculaire. La respiration cellulaire est ensuite utilisée par tous les organismes aérobies pour décomposer ce sucre — qu’ils ont fabriqué ou consommé — en présence d’oxygène afin de produire de l’énergie pour tous leurs besoins fondamentaux.