Un peu de chimie !
DIVERS
+ DE 2 ANS
Le 08/08/2014 à 06h27
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Question d'origine :
Coucou vous !
Je lis actuellement un petit livre de chimie et je me posais une question.
Je viens de lire que : soude + acide chlorhydrique --> sel de cuisine + eau. En formule chimique : NaOH + HCl --> NaCl + H2O.
Mais pourquoi ces molécules s'ordonnent de cette façon et pas :
NaH2O + Cl, ou encore H2NaCl + O, ou tout autre formule ?
Qu'est-ce qui fait que les molécules se lient ainsi et pas autrement ??
J'espère que je me suis bien exprimée !
A l'avance merci et bon courage ;-)
Réponse du Guichet
gds_et
- Département : Équipe du Guichet du Savoir
Le 11/08/2014 à 10h13
Bonjour,
Si nous vous avons bien compris, vous vous interrogez sur le mécanisme des réactions chimiques. Malheureusement, si la science est capable de répondre au « comment » à travers l’observation et les expériences (et encore, pas dans tous les cas !), elle est moins bien armée pour répondre au « pourquoi ».
Nous pouvons seulement observer que les réactions chimiques sont rendues possibles et / ou favorisées par certaines conditions (chaleur, présence ou non de certains réactifs, orientation des molécules les unes par rapport aux autres…) :
Des milliers de réactions chimiques s'opèrent à chaque instant dans l'organisme, en particulier pour transformer les aliments en énergie. D'autres se font en usine, par exemple la synthèse de l'ammoniac NH3 à partir du diazote N2 et du dihydrogène H2, dont l'équation s'écrit : N2+3H2→ 2 NH3, et qui s'effectue grâce au procédé que mirent au point, au début du xxe siècle, les Allemands Fritz Haber et Carl Bosch. Ce procédé exige une catalyse, ainsi que des températures et des pressions élevées au sein du réacteur.
Or toute réaction chimique, surtout celles qui se déroulent dans d'aussi rudes conditions, s'assortit quasi instantanément de sa propre négation, la réaction inverse. Dès que des molécules d'ammoniac NH3 se sont formées, à moins qu'on ne les soutire du réacteur et qu'on les refroidisse au fur et à mesure de leur apparition, elles se décomposent en redonnant les réactants N2 et H2. Ainsi, la réaction directe (formation d'ammoniac) coexiste avec la réaction inverse (décomposition d'ammoniac). Ces deux processus antagonistes se déroulent et s'affrontent jusqu'à ce que s'établisse un état d'équilibre.
De nombreuses autres réactions chimiques sont accélérées par leur chauffage, et elles exigent souvent des pressions élevées. L'agitation des molécules (mouvement brownien) au sein d'un gaz ou d'un liquide les fait entrer en collision, mais il ne peut y avoir réaction que si elles ont l'orientation mutuelle qui convient et si elles sont dotées d'une énergie suffisante.
Toute réaction chimique est un remaniement : les positions relatives des atomes changent entre l'état initial et l'état final. Par exemple, pour former l'acide chlorhydrique HCl dans la réaction précitée, on doit commencer par rompre des liens très forts : ceux de la liaison entre les deux atomes d'hydrogène dans H2 et de chlore dans Cl2. Dès lors, des questions se posent : les liaisons H-H et Cl-Cl sont-elles ou non rompues simultanément ? Y a-t-il ou non synchronisation avec la formation de la nouvelle liaison H-Cl ? Quelle est la meilleure orientation mutuelle des molécules H2 et Cl2 pour la formation la plus rapide d'HCl ?
[…]Se poser la question du mécanisme, en chimie, c'est postuler que la transformation observée au bout du compte, et qu'on dénomme « réaction », a une dynamique intrinsèque. Le mécanisme d'une réaction chimique est la trajectoire qu'elle suit durant son déroulement. C'est, tout au moins, l'ensemble des trajectoires spatiotemporelles suivies par les atomes, qui se sont réorganisés au cours de cette transformation. Comme la science équivaut à une narration, convenons d'appeler « mécanisme » la suite des épisodes successifs au cours d'une transformation chimique. On pourrait le qualifier encore de scénario pour cette réaction chimique.
Prenons un exemple. Dans la déshydratation de l'éthanol C2H5OH en éthylène C2H4, l'excision d'une molécule d'eau H2O débute-t-elle par le départ du groupement OH ou par celui d'un atome d'hydrogène H ? Cet atome d'hydrogène est-il expulsé sous forme de son seul noyau, le proton H+, ou accompagné d'un (H), voire de deux (H–) électrons ? La vitesse de la transformation dépend-elle ou non de la rupture de la liaison carbone-hydrogène que l'on constate en fin de transformation ? Quel est l'atome de carbone subissant la perte de l'un des atomes d'hydrogène dont il est porteur ?
Étudier un mécanisme réactionnel, c'est répondre à de telles questions, motivées par le désir de tout savoir du comportement des molécules intervenant dans une transformation.
Source : Pierre LASZLO, « RÉACTION, chimie », Encyclopædia Universalis [en ligne]
Toutefois, une partie de la réponse à votre questionnement peut être trouvée dans les liaisons chimiques entre les atomes : lors de la réaction chimique, ce sont en effet ces liaisons qui changent, et réorganisent les molécules :
Décrire pourquoi les atomes des molécules ou des cristaux demeurent au contact est l'objet de l'étude de la liaison chimique. Si les liaisons chimiques n'existaient pas (ou quand elles ne sont pas assez solides par rapport à l'énergie de température), les atomes ne restent pas au contact. C'est l'état liquide, voire gazeux. Comprendre ce qu'est une liaison chimique permet d'interpréter la réaction chimique. En effet, une réaction chimique n'est autre que la transformation des liaisons chimiques.
Source : Liaison chimique, Wikipedia
Vision microscopique (au niveau atomique)
La matière est composée d'atomes regroupés dans des composés chimiques, au cours d'une réaction chimique, les composés s'échangent leurs atomes ; ce faisant, la nature des composés change. Les réactions chimiques ne concernent que les changements de liaisons entre les atomes (liaisons covalentes, liaisons ioniques, liaisons métalliques).
Pour représenter les phénomènes qui ont lieu au cours d'une réaction chimique, on écrit une équation chimique.
Réaction chimique et énergie
Les transformations ayant lieu lors de la réaction chimique entraînent en général, une diminution de l'énergie totale. En effet, dans une molécule ou un cristal, l'« accrochage » des atomes entre eux nécessite de l'énergie, appelée énergie de liaison. Lorsque l'on rompt une liaison, on « casse » la molécule ou le cristal en « éparpillant » ses atomes. Il faut alors fournir de l'énergie. Lorsque les atomes se recombinent, ils libèrent de l'énergie en formant de nouvelles liaisons. À la fin de la réaction, l'énergie stockée dans les liaisons des produits de réaction est plus faible que celle qui était stockée dans les liaisons des réactants.
Au cours de la réaction, il y a un stade où les anciennes liaisons sont rompues et les nouvelles ne sont pas encore créées. C'est un état où l'énergie du système est élevée, un état transitoire qui constitue une véritable barrière à la réaction. L'amorçage de la réaction consiste tout simplement à faire franchir cette barrière énergétique, appelée énergie d'activation.
Si l'on considère une réaction s'effectuant à la température T et à pression constante, ce qui est le lot des réactions effectuées à l'air libre sous la pression atmosphérique, on mesure l'énergie du système réactionnel par la fonction enthalpie H. La différence d'enthalpie associée à l'équation de réaction, appelée enthalpie de réaction , permet de déterminer la variation de l'énergie du système après réaction. Elle s'exprime le plus souvent par un transfert thermique avec le milieu extérieur.
L'étude de l'aspect énergétique des réactions chimiques est la thermochimie.
L'état d'un système chimique est caractérisé par :
• les grandeurs physiques température et pression ;
• les espèces chimiques qui le constituent, ainsi que leur état physique (solide (s), liquide (l), gaz (g), dissous (aq)) et leur quantité de matière.
source : Réaction chimique, Wikipedia
Les liaisons chimiques jouent un rôle essentiel dans la stabilité des atomes et des molécules. La charge positive / négative des atomes influence la manière dont ils se combinent entre eux :
Les atomes s'assemblent en molécule en mettant en commun ou en cédant des électrons. Le but étant que la molécule soit plus stable que chaque atome isolé. Ainsi, dans certains cas, des électrons seront cédés d'un atome à un autre afin que chacun des deux atomes atteigne un état stable.
Dans certains cas, l'attraction réciproque entre des atomes, la liaison entre eux, se justifiera par le fait qu'ils sont chargés de signes contraires (+/-). Il peut y avoir des liaisons basées sur la simple attraction électrostatique (Forces de Coulomb) ou basée sur le partage d'électron de façon équitable ou pas entre les atomes.
I. Les différentes unions entre atomes ou "comment les atomes s'unissent-ils" ?
I.1. Liaison covalente normale parfaite ( CNP )
Exemple : la molécule d' H2 (dihydrogène) : chaque atome est constitué d'un proton (+) autour duquel gravite un électron (-). Il y a une force d'attraction qui s'exerce entre le proton et l'électron appartenant au même atome. Ces mêmes éléments étant attirés également par ceux de l'atome voisin.
(!) Chaque atome d'hydrogène est électriquement neutre. Pourtant, ils sont composés de charges positives et négatives. Grâce à la présence des électrons, il est possible de combiner les charges afin de former une molécule électriquement neutre également (!)
Chacun des électrons est attiré par les deux noyaux, mais en même temps, des forces de répulsion s'exercent entre les éléments chargés identiquement (les noyaux se repoussent et les électrons se repoussent). Cela signifie que les deux atomes se rapprocheront jusqu'à une certaine distance. Cette distance étant le lieu où forces de répulsions et d'attractions sont égales. Il faut rappeler que les électrons et la liaison ne sont pas figés. Il s'agit d'un système dynamique (en mouvement). Ainsi, en moyenne, les électrons dans la molécule de dihydrogène ( H2 ) se trouvent entre les deux noyaux d'hydrogène.
Source : Les liaisons chimiques, lachimie.net
Pour mieux comprendre les liaisons entre les atomes, vous pouvez regarder l’émission C’est pas sorcier Au cœur de la matière (visionner à partir de 6:30) :
Pour aller plus loin :
- Mécanismes réactionnels, Faculté de sciences de l’Université du Var
- équilibre chimique, Wikipedia
- Atomes et liaison chimique, Abdillahi Omar Bouh et Fatou Gayé
- Structure de la matière : atomes, liaisons chimiques et cristallographie, Michel Guymont
Bonne journée.
Si nous vous avons bien compris, vous vous interrogez sur le mécanisme des réactions chimiques. Malheureusement, si la science est capable de répondre au « comment » à travers l’observation et les expériences (et encore, pas dans tous les cas !), elle est moins bien armée pour répondre au « pourquoi ».
Nous pouvons seulement observer que les réactions chimiques sont rendues possibles et / ou favorisées par certaines conditions (chaleur, présence ou non de certains réactifs, orientation des molécules les unes par rapport aux autres…) :
Des milliers de réactions chimiques s'opèrent à chaque instant dans l'organisme, en particulier pour transformer les aliments en énergie. D'autres se font en usine, par exemple la synthèse de l'ammoniac NH3 à partir du diazote N2 et du dihydrogène H2, dont l'équation s'écrit : N2+3H2→ 2 NH3, et qui s'effectue grâce au procédé que mirent au point, au début du xxe siècle, les Allemands Fritz Haber et Carl Bosch. Ce procédé exige une catalyse, ainsi que des températures et des pressions élevées au sein du réacteur.
Or toute réaction chimique, surtout celles qui se déroulent dans d'aussi rudes conditions, s'assortit quasi instantanément de sa propre négation, la réaction inverse. Dès que des molécules d'ammoniac NH3 se sont formées, à moins qu'on ne les soutire du réacteur et qu'on les refroidisse au fur et à mesure de leur apparition, elles se décomposent en redonnant les réactants N2 et H2. Ainsi, la réaction directe (formation d'ammoniac) coexiste avec la réaction inverse (décomposition d'ammoniac). Ces deux processus antagonistes se déroulent et s'affrontent jusqu'à ce que s'établisse un état d'équilibre.
De nombreuses autres réactions chimiques sont accélérées par leur chauffage, et elles exigent souvent des pressions élevées. L'agitation des molécules (mouvement brownien) au sein d'un gaz ou d'un liquide les fait entrer en collision, mais il ne peut y avoir réaction que si elles ont l'orientation mutuelle qui convient et si elles sont dotées d'une énergie suffisante.
Toute réaction chimique est un remaniement : les positions relatives des atomes changent entre l'état initial et l'état final. Par exemple, pour former l'acide chlorhydrique HCl dans la réaction précitée, on doit commencer par rompre des liens très forts : ceux de la liaison entre les deux atomes d'hydrogène dans H2 et de chlore dans Cl2. Dès lors, des questions se posent : les liaisons H-H et Cl-Cl sont-elles ou non rompues simultanément ? Y a-t-il ou non synchronisation avec la formation de la nouvelle liaison H-Cl ? Quelle est la meilleure orientation mutuelle des molécules H2 et Cl2 pour la formation la plus rapide d'HCl ?
[…]Se poser la question du mécanisme, en chimie, c'est postuler que la transformation observée au bout du compte, et qu'on dénomme « réaction », a une dynamique intrinsèque. Le mécanisme d'une réaction chimique est la trajectoire qu'elle suit durant son déroulement. C'est, tout au moins, l'ensemble des trajectoires spatiotemporelles suivies par les atomes, qui se sont réorganisés au cours de cette transformation. Comme la science équivaut à une narration, convenons d'appeler « mécanisme » la suite des épisodes successifs au cours d'une transformation chimique. On pourrait le qualifier encore de scénario pour cette réaction chimique.
Prenons un exemple. Dans la déshydratation de l'éthanol C2H5OH en éthylène C2H4, l'excision d'une molécule d'eau H2O débute-t-elle par le départ du groupement OH ou par celui d'un atome d'hydrogène H ? Cet atome d'hydrogène est-il expulsé sous forme de son seul noyau, le proton H+, ou accompagné d'un (H), voire de deux (H–) électrons ? La vitesse de la transformation dépend-elle ou non de la rupture de la liaison carbone-hydrogène que l'on constate en fin de transformation ? Quel est l'atome de carbone subissant la perte de l'un des atomes d'hydrogène dont il est porteur ?
Étudier un mécanisme réactionnel, c'est répondre à de telles questions, motivées par le désir de tout savoir du comportement des molécules intervenant dans une transformation.
Source : Pierre LASZLO, « RÉACTION, chimie », Encyclopædia Universalis [en ligne]
Toutefois, une partie de la réponse à votre questionnement peut être trouvée dans les liaisons chimiques entre les atomes : lors de la réaction chimique, ce sont en effet ces liaisons qui changent, et réorganisent les molécules :
Décrire pourquoi les atomes des molécules ou des cristaux demeurent au contact est l'objet de l'étude de la liaison chimique. Si les liaisons chimiques n'existaient pas (ou quand elles ne sont pas assez solides par rapport à l'énergie de température), les atomes ne restent pas au contact. C'est l'état liquide, voire gazeux. Comprendre ce qu'est une liaison chimique permet d'interpréter la réaction chimique. En effet, une réaction chimique n'est autre que la transformation des liaisons chimiques.
Source : Liaison chimique, Wikipedia
La matière est composée d'atomes regroupés dans des composés chimiques, au cours d'une réaction chimique, les composés s'échangent leurs atomes ; ce faisant, la nature des composés change. Les réactions chimiques ne concernent que les changements de liaisons entre les atomes (liaisons covalentes, liaisons ioniques, liaisons métalliques).
Pour représenter les phénomènes qui ont lieu au cours d'une réaction chimique, on écrit une équation chimique.
Réaction chimique et énergie
Les transformations ayant lieu lors de la réaction chimique entraînent en général, une diminution de l'énergie totale. En effet, dans une molécule ou un cristal, l'« accrochage » des atomes entre eux nécessite de l'énergie, appelée énergie de liaison. Lorsque l'on rompt une liaison, on « casse » la molécule ou le cristal en « éparpillant » ses atomes. Il faut alors fournir de l'énergie. Lorsque les atomes se recombinent, ils libèrent de l'énergie en formant de nouvelles liaisons. À la fin de la réaction, l'énergie stockée dans les liaisons des produits de réaction est plus faible que celle qui était stockée dans les liaisons des réactants.
Au cours de la réaction, il y a un stade où les anciennes liaisons sont rompues et les nouvelles ne sont pas encore créées. C'est un état où l'énergie du système est élevée, un état transitoire qui constitue une véritable barrière à la réaction. L'amorçage de la réaction consiste tout simplement à faire franchir cette barrière énergétique, appelée énergie d'activation.
Si l'on considère une réaction s'effectuant à la température T et à pression constante, ce qui est le lot des réactions effectuées à l'air libre sous la pression atmosphérique, on mesure l'énergie du système réactionnel par la fonction enthalpie H. La différence d'enthalpie associée à l'équation de réaction, appelée enthalpie de réaction , permet de déterminer la variation de l'énergie du système après réaction. Elle s'exprime le plus souvent par un transfert thermique avec le milieu extérieur.
L'étude de l'aspect énergétique des réactions chimiques est la thermochimie.
L'état d'un système chimique est caractérisé par :
• les grandeurs physiques température et pression ;
• les espèces chimiques qui le constituent, ainsi que leur état physique (solide (s), liquide (l), gaz (g), dissous (aq)) et leur quantité de matière.
source : Réaction chimique, Wikipedia
Les liaisons chimiques jouent un rôle essentiel dans la stabilité des atomes et des molécules. La charge positive / négative des atomes influence la manière dont ils se combinent entre eux :
Les atomes s'assemblent en molécule en mettant en commun ou en cédant des électrons. Le but étant que la molécule soit plus stable que chaque atome isolé. Ainsi, dans certains cas, des électrons seront cédés d'un atome à un autre afin que chacun des deux atomes atteigne un état stable.
Dans certains cas, l'attraction réciproque entre des atomes, la liaison entre eux, se justifiera par le fait qu'ils sont chargés de signes contraires (+/-). Il peut y avoir des liaisons basées sur la simple attraction électrostatique (Forces de Coulomb) ou basée sur le partage d'électron de façon équitable ou pas entre les atomes.
I.1. Liaison covalente normale parfaite ( CNP )
Exemple : la molécule d' H2 (dihydrogène) : chaque atome est constitué d'un proton (+) autour duquel gravite un électron (-). Il y a une force d'attraction qui s'exerce entre le proton et l'électron appartenant au même atome. Ces mêmes éléments étant attirés également par ceux de l'atome voisin.
(!) Chaque atome d'hydrogène est électriquement neutre. Pourtant, ils sont composés de charges positives et négatives. Grâce à la présence des électrons, il est possible de combiner les charges afin de former une molécule électriquement neutre également (!)
Chacun des électrons est attiré par les deux noyaux, mais en même temps, des forces de répulsion s'exercent entre les éléments chargés identiquement (les noyaux se repoussent et les électrons se repoussent). Cela signifie que les deux atomes se rapprocheront jusqu'à une certaine distance. Cette distance étant le lieu où forces de répulsions et d'attractions sont égales. Il faut rappeler que les électrons et la liaison ne sont pas figés. Il s'agit d'un système dynamique (en mouvement). Ainsi, en moyenne, les électrons dans la molécule de dihydrogène ( H2 ) se trouvent entre les deux noyaux d'hydrogène.
Source : Les liaisons chimiques, lachimie.net
Pour mieux comprendre les liaisons entre les atomes, vous pouvez regarder l’émission C’est pas sorcier Au cœur de la matière (visionner à partir de 6:30) :
- Mécanismes réactionnels, Faculté de sciences de l’Université du Var
- équilibre chimique, Wikipedia
- Atomes et liaison chimique, Abdillahi Omar Bouh et Fatou Gayé
- Structure de la matière : atomes, liaisons chimiques et cristallographie, Michel Guymont
Bonne journée.
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