TRANSFORMATION ET REACTION CHIMIQUE

 

le document   

Voir un dossier sur "r�action chimique et avancement"

A.Transformation ou r�action ?

Le nouveau programme de chimie du lyc�e nous demande de diff�rencier la transformation chimique, de la r�action chimique. Pour que l��l�ve puisse appr�hender la diff�rence, il nous faut faire un gros effort de rigueur dans le vocabulaire que nous employons.

• La transformation chimique est l��volution du syst�me chimique observ�e au niveau macroscopique. La transformation est orient�e.
• Elle est mod�lis�e par une r�action chimique, qui rend compte des interactions ayant lieu entre les entit�s chimiques au niveau microscopique. La r�action n�est pas orient�e.

La r�action chimique est associ�e � la transformation. L��quation chimique symbolise la r�action chimique. .

A bannir : �quation bilan (m�lange de l��tat microscopique et macroscopique)

B.�� Les outils li�s � la r�action chimique

• L��criture de l��quation chimique de la r�action

Utilisation du signe  =

Dans ce programme, l�utilisation du signe �gal pour symboliser la r�action chimique est pr�conis�e, m�me dans le cas de transformation totale. Si cette �criture ne pr�sume pas du sens dans lequel se fera la transformation (la r�action n�est pas orient�e), il est important de remarquer qu�il vaut mieux pour nous �crire l��quation chimique dans le sens o� la transformation se produit.�
En effet, si on �crit l��quation en sens inverse, l�avancement sera alors forc�ment n�gatif. (L�alg�brisation de l�avancement n�est pas pr�vu dans le programme.) 
Le tableau descriptif de la transformation ayant effectivement lieu entre les r�actifs A et B, avec une �quation �crite � l�envers est le suivant :

A �tant r�actif, sa quantit� doit donc diminuer. Or n(A)_i +a.x ne peut diminuer que si x est n�gatif.
En cin�tique, la vitesse d�une r�action �tant d�finie en fonction de l�avancement, on aboutirait alors � une vitesse de r�action n�gative. Comment le justifier ? 
Ce n�est qu�en fin d�ann�e que l��l�ve pourra ,en comparant Q_r et K, trouver le sens d��volution du syst�me, jusque l� le sens de la transformation doit� �tre clairement pr�cis�.

Utilisation de la double fl�che

L�utilisation de la double fl�che est exclusivement r�serv�e � la repr�sentation de m�canismes r�actionnels.

Utilisation de la simple fl�che �

Elle est consid�r�e comme une repr�sentation provisoire de la r�action chimique en seconde, en premi�re et en terminale avant que la notion d��quilibre chimique soit introduite.

• Avancement

L�avancement x ,exprim� en mol, d�crit l ��volution du syst�me au cours de la transformation. Il faut donc dire avancement de la r�action..
Avec l�introduction des �quilibres chimiques, il est n�cessaire de distinguer dans les notations l�avancement maximal x_max (avancement atteint lors d�une transformation totale) et l�avancement � l��tat final x_f �(avancement� atteint lors d�une transformation limit�e).

• Le taux d�avancement final de la r�action

Rempla�ant la notion de rendement, le taux d�avancement final de la r�action permet de d�terminer si la transformation est totale ou limit�e.  t = x_f / x_max�
Le taux d�avancement final d�pend de la constante d��quilibre associ�e � la r�action et de l��tat initial du syst�me.

• Le quotient de r�action

Attention de bien diff�rencier le quotient de r�action de la constante d��quilibre.
Pour une r�action d��quation chimique

a A + b B = c C� + d D , on peut �crire� dans un �tat z du syst�me :

Q_r,_z= [D]_z^d_. [C]_z^c/ [A]_z^a. [B]_z^b

Dans cette d�finition [A], [B], [C] et [D] sont des nombres sans dimension �gaux aux valeurs des concentrations volumiques molaires effectives.
La contribution du solvant et des solides est �gale � 1 dans cette d�finition.

Le quotient de r�action n�est en aucune fa�on li� � la constante d��quilibre.

A l��quilibre seulement, on peut �crire Q_r,�q = K.

Il est dangereux d��crire : K = [D]_�q^d_. [C]_�q^c/ [A]_�q^a. [B]_�q^b,  mais il faut �crire� Q_r,�q =[D]_�q^d_. [C]_�q^c/ [A]_�q^a. [B]_�q^b= K

• La constante d��quilibre

La constante d��quilibre K est une donn�e obtenue � partir des tables thermodynamiques. Elle� est en effet rigoureusement d�finie et li�e � l�enthalpie libre par  :

K = exp(� D_r G� / RT).               D_rG����� enthalpie libre    R constante des gaz parfait         T temp�rature en K

Pour l��l�ve c�est :

- Une donn�e caract�risant la r�action � une temp�rature donn�e ;
- Une valeur qu�il peut d�terminer exp�rimentalement en mesurant les concentrations � l��quilibre et en calculant le quotient de r�action � l��quilibre.
- Pour les r�actions acido-basiques, la constante d��quilibre s�exprime en fonction des constantes d�acidit�s des deux couples acide/base intervenant dans la r�action. Il est alors n�cessaire de passer par l��criture du quotient de r�action � l��quilibre.

A bannir : le terme de constante de r�action

• La vitesse de r�action

Dans ce nouveau programme, on parle de vitesse de r�action et plus de vitesse d�apparition du produit ou de disparition d�un r�actif. La vitesse est d�finie en fonction de l�avancement :
v = (1/V) dx/dt

Les notions de vitesse moyenne, vitesse d�apparition ou de disparition ne sont plus d�finies. Pour comparer l��volution temporelle de deux transformations, il faut :
- comparer les coefficients directeurs des tangentes aux courbes x= f(t) ;
- comparer les temps de demi-r�action.

C.Transformations totales ou limit�es, sens d��volution du syst�me�

• Transformations totales ou limit�es

Pour d�terminer si une transformation est totale ou limit�e, il faut calculer le taux d�avancement final.

Dans ce programme on ne parle plus de transformation� peu avanc�e ou tr�s avanc�e ou quasi-totale �. Il ne reste que les transformations dites totales et les transformations limit�es conduisant � un �tat d��quilibre.

La transformation totale 

On consid�re qu�une transformation est totale quand le taux d�avancement final de la r�action associ�e est proche de 1. Il est n�cessaire de sensibiliser les �l�ves aux effets des erreurs de mesures sur le taux d�avancement final. Dans certains cas, ils obtiendront des valeurs sup�rieures � 1.

A bannir absolument : la r�action est totale, c�est la transformation qui est totale.

La transformation limit�e

Une transformation est limit�e si le taux d�avancement final de la r�action est inf�rieur � 1..

Etat d��quilibre

Une transformation limit�e conduit � un �tat d��quilibre, o� les concentrations des produits et des r�actifs n��voluent plus. C�est un �tat dynamique, qui ne se traduit pas par l�absence de r�action mais par la coexistence de deux r�actions inverses se produisant � la m�me vitesse au niveau microscopique. Au niveau macroscopique aucune transformation n�est observ�e. Tout syst�me chimique �volue spontan�ment vers l��tat d��quilibre.
Il faut �crire que le syst�me atteint l��tat d��quilibre, et non que la r�action est � l��quilibre ou la r�action est �quilibr�e.

• Sens d��volution du syst�me

Le syst�me �volue spontan�ment vers l��tat d��quilibre.
La comparaison de Q_r et de K permet de pr�voir dans quel sens le syst�me va �voluer.
- si Q_r < K le syst�me �volue dans le sens d��criture de l��quation
- si Q_r = K on est � l��quilibre
- si Q_r > K le syst�me �volue dans le sens contraire d��criture de l��quation.

 D Le titrage

• G�n�ralit�s

Le dosage est un terme g�n�ral qui d�crit la d�termination d�une concentration molaire volumique. Dans le cas d�un dosage par ajout d�une solution titrante avec rep�rage de l��quivalence, on parle de titrage. Par opposition, on r�alise un dosage spectrophotom�trique,
A chaque ajout de solution titrante le syst�me atteint un nouvel �tat. On peut d�crire le dosage de l�esp�ce A par la solution titrante B par le tableau descriptif suivant :

Les quantit�s de mati�re initiales correspondent aux quantit�s des r�actifs vers�es � un instant donn� du titrage.
L��quivalence est d�finie comme �tant le changement de r�actif limitant, les quantit�s de r�actifs sont alors nulles.

• Exemple de r�solution

A l��quivalence, le volume de solution B vers�e est V_E et les quantit�s de r�actifs introduits sont nulles, on a donc ;

c_A.V_A- a.x = 0         c_B.V_E � b.x = 0        De la premi�re �quation on tire x_�q : x_�q = c_A.V_A/a

On introduit x_�q dans la deuxi�me �quation : c_B.V_E � (b.c_A.V_A)/a = 0        d�o� c_A� =� c_B.( a.V_E /b.V_A).

• Titrage indirect

On ne parle plus de dosage en retour, mais de titrage indirect. 
Pour les titrages indirects, la solution la plus simple consiste � construire deux tableaux descriptifs li�s. Il faut alors prendre soin de diff�rencier les notations des avancements des deux r�actions.
A une solution contenant l�esp�ce � titrer A, on ajoute un exc�s de solution contenant l�esp�ce titrante B. L�exc�s de B est ensuite dos� par une esp�ce C.
Les tableaux descriptifs traduisant l��volution du syst�me sont :

A l��quivalence du titrage de B par D, le volume de solution D vers�e est V_E, les quantit�s de r�actifs introduits sont nulles, on a donc :
c_D.V_E� d�.x�_E = 0 permet de calculer x�_E            c_B.V_B� b.x_f�b�.x�_E = 0 permet de calculer x_f
on en d�duit alors c_A : c_A = a.x_f/V_A

• Titrages acido-basiques

Si la d�nomination d�acide fort et d�acide faible dispara�t, il est n�cessaire de distinguer les acides (respectivement les bases) dont la transformation avec l�eau est totale des autres. En effet, la formule utilis�e pour �crire l��quation de dosage en d�pend. Soulignons que les �l�ves ne sont pas sens�s savoir quels sont les acides � forts � et � faibles �. Il faut donc le leur pr�ciser, en disant que la transformation est totale ou en donnant le taux d�avancement de la r�action avec l�eau.

le document                                 Voir un dossier sur "r�action chimique et avancement"

        Page d'accueil         Programmes de terminale S