Transformation de la matière - 2nd L
Classe:
Seconde
I. Transformations physiques
1. La dilatation
1.1. Dilatation d'un solide
1.1.1. Expérience
$-\ $Lors qu'on chauffe la tige métallique ; sa longueur augmente.
On dit que la tige métallique s'est dilatée ; c'est la dilation linéaire
$-\ $Lorsqu'elle se refroidit, elle reprend sa longueur initiale.
On dit qu'elle se contracte.
1.1.2. Conclusion
Quand on change la température d'un corps, les dimensions de ce dernier changent.
Généralement, les objets prennent de l'expansion quand la température augmente.
C'est le phénomène de dilatation.
1.2. Dilatation d'un liquide
1.2.1. Expérience
Lorsqu'on chauffe l'eau colorée au bain-marie.
Son volume augmente
1.2.2. Conclusion
Un liquide chauffé augmente de volume : le liquide se dilate.
En se refroidissant il diminue de volume : il se contracte.
1.3. Dilatation d'un gaz
1.3.1. Expérience
1.3.2. Conclusion
Un gaz chauffé augmente de volume : le gaz se dilate.
En se refroidissant il diminue de volume : il se contracte.
2. Définition
Une transformation physique (ou phénomène physique) est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière n'est pasaltérée (dénaturée ou détruite)
Remarque
Les principales sortes de transformations physiques sont:
$-\ $les changements d'état (fusion, vaporisation, liquéfaction, solidification, sublimation et condensation)
$-\ $les dissolutions
$-\ $la formation de mélanges homogènes ou hétérogènes
$-\ $les compressions ou détentes
$-\ $le réchauffement ou le refroidissement d'un matériau
3. Changement d'état physique
3.1. Définition
Le passage d'un état physique à un autre état physique est appelé changement d'état.
3.2. Digramme de changement d'état
Un changement d'état physique s'effectue toujours à une température constante sous une pression donnée.
II. Transformations chimiques
1. Définition
Une transformation chimique(ou phénomène chimique) est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière est altérée (dénaturée ou détruite)
Exemples :
Action de l'eau de Javel sur une tache ; la décomposition de la craie par un acide ; feuille de papier brulée$\ldots.$
Une transformation chimique est l'évolution d'un système chimique, composé d'une ou plusieurs espèces chimiques, d'un état initial vers un état final.
Les espèces présentes à l'état initial sont appelées les réactifs, et celles présentes à l'état final sont les produits.
1. Combustion du carbone
Lorsque du carbone brûle dans le dioxygène, la combustion est très vive : il se forme du dioxyde de carbone tandis que du carbone et du dioxygène disparaissent.
Le carbone est le combustible.
Le dioxygène est le comburant.
Le dioxyde de carbone est un produit de la réaction.
$\begin{array}{lcl} \text{Butane+dioxygène} &\longrightarrow&\text{dixyde de carbone+eau}\\ \text{Réactifs}&&\text{Produits} \end{array}$
3. Équation-bilan d'une réaction chimique
Afin de représenter une transformation chimique en tenant compte des lois de conservation, on écrit une équation bilan.
Il s'agit d'une équation dans laquelle on écrit à gauche les formules des réactifs, à droite celles des produits, séparés par une flèche.
Ainsi, la réaction entre le fer et le soufre peut se traduire par l'équation :
$$Fe\ +\ S\ \rightarrow\ FeS$$
Cette équation signifie que le fer réagit avec le soufre $($signification du signe $« + »)$ pour donner (signification de la flèche) le sulfure de fer
De même, entre le fer et le dioxygène, l'équation s'écrit :
$$Fe\ +\ O_{2}\ \rightarrow\ Fe_{3}O_{4}$$
4. Équilibrage de l'équation chimique
Pour faire respecter les règles de conservation de la matière, il faut équilibrer l'équation bilan à l'aide de coefficients
stoechiométriques : le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même avant et après la réaction
Cette équation équilibrée est appelée équation-bilan de la réaction
Exemples :
$3Fe\ +\ 20_{2}\ \rightarrow\ Fe_{3}O_{4}$
$2H_{2}\ +\ 2O_{2}\ \rightarrow\ 2H_{2}O$
ou $H_{2}\ +\ \dfrac{1}{2}O_{2}\ \rightarrow\ H_{2}O$
$2C_{4}H_{10}\ +\ 13O_{2}\ \rightarrow\ 8CO_{2}\ +\ 10H_{2}O$
ou $C_{4}H_{10}\ +\ \dfrac{13}{2}O_{2}\ \rightarrow\ 4CO_{2}\ +\ 5H_{2}O$
Les coefficients utilisés pour équilibrer l'équation de la réaction sont appelés coefficients stœchiométriques.
5. Double signification de l'équation-bilan d'une réaction chimique
Considérons l'équation-bilan de la réaction suivante :
$$CH_{4}\ +\ 2O_{2}\ \rightarrow\ CO_{2}\ +\ 2H_{2}O$$
5.1. Signification microscopique
L'équation-bilan signifie : une molécule de méthane réagit avec deux molécules de dioxygène pour donner une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d'eau.
5.2. Signification macroscopique
Elle signifie : une mole de méthane réagit avec deux moles de dioxygène pour une mole de dioxyde de carbone et deux moles d'eau
6. Bilan molaire et rendement d'une réaction chimique
6.1. Bilan molaire
L'équation-bilan permet d'établir une relation entre les quantités de matière (nombre de moles) des réactifs ayant effectivement réagis et les quantités de matière (nombre de moles) des produits obtenus
Considérons l'équation bilan suivant :
$$aA\ +\ bB\ \rightarrow\ cC\ +\ dD$$
$a\;,\ b\;,\ c$ et $d$ sont des coefficients stoechiométriques positifs et non nuls.
D'après le bilan-molaire
$$\dfrac{n_{A}(\text{réagi})}{a}=\dfrac{n_{B}(\text{réagi})}{b}=\dfrac{n_{C}(\text{formé})}{c}=\dfrac{n_{D}(\text{formé})}{d}$$
Remarque :
$$aA(g)\ +\ bB(1)\ \rightarrow\ cC(s)\ +\ dD(g)$$
Si l'équation-bilan comporte des composés gazeux $A$ et $D$ par exemple, alors le bilan volumique s'écrit :
$$\dfrac{V_{A}(\text{réagi})}{a}=\dfrac{V_{D}(\text{formé})}{d}$$
6.2. Rendement d'une réaction chimique
6.2.1. Définition du rendement
On appelle rendement d'une transformation chimique le rapport entre la quantité de matière (respectivement la masse) du produit effectivement obtenu et la quantité de matière (respectivement la masse) théorique que l'on obtiendrait si la réaction était totale
$$r=\dfrac{m_{\text{Produit}}(\text{obetenu})\times 100}{m_{\text{Produit}}(\text{théorique})}\quad\text{ou}\quad r=\dfrac{n_{\text{Produit}}(\text{obtenu})\times 100}{n_{\text{Produit}}(\text{théorique})}$$
6.2.2. Intérêt du calcul du rendement
Le calcul du rendement permet de déterminer l'efficacité d'une synthèse chimique.
L'intérêt du chimiste sera déterminé des conditions opératoires permettant de l'optimiser pour s'approcher le plus près possible de $100\%.$
Les pertes de rendement peuvent avoir diverses origines : réactions parasites, pertes lors des diverses étapes de la synthèse (filtration, séchage, recristallisation...)
Exercice d'application
On fait réagir $20\,g$ d'aluminium avec $20\,g$ de soufre, il se forme du sulfure d'aluminium $Al_{2}S_{3}$
1. Écrire l'équation-bilan de la réaction
2. Un des réactifs est en excès, lequel ?
Justifier la réponse.
3. Calculer la masse du réactif restant
4. Quelle la masse du sulfure d'aluminium peut-on espérer obtenir ?
5. En réalité, il se forme $30\,g$ du sulfure d'aluminium ; calculer le rendement de la réaction.
5. Le cycle biogéochimique du carbone
Le cycle du carbone est un cycle biogéochimique qui correspond à l'ensemble des échanges de carbone sur la planète.
Celui de la Terre est complexe par l'existence d'importantes masses d'eau océaniques, et surtout par le fait que la vie y tient une place importante.
Il existe quatre réservoirs de carbone : l'hydrosphère, la lithosphère, la biosphère et l'atmosphère.
La plus grande partie du carbone terrestre est piégée dans des composés qui participent peu au cycle : roches sous forme de carbonates et océan profond.
L'essentiel du cycle se fait entre l'atmosphère, les couches superficielles du sol et des océans, et la biosphère
Le cycle du carbone est le cycle biogéochimique (ensemble des échanges d'un élément chimique) du carbone sur une planète.
Commentaires
Amina touty Ba (non vérifié)
lun, 03/18/2024 - 09:53
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