Les réactions chimiques sont une partie essentielle de la technologie, contribuant à diverses activités humaines qui font partie de notre vie quotidienne. Des exemples de réactions chimiques que nous rencontrons tous les jours incluent la combustion de carburants et la fabrication de vin et de bière. Les réactions chimiques sont également largement présentes dans la nature, depuis l'altération chimique des roches, la photosynthèse chez les plantes et le processus de respiration chez les animaux.
Dans l'aspect plus large, il y a trois types de réactions: physique, chimique et nucléaire. Les réactions chimiques peuvent être divisées en plusieurs catégories. Six communes types de réactions chimiques sont: la synthèse, la décomposition, les réactions à simple déplacement, à double déplacement, la combustion et les réactions acido-basiques. Les scientifiques les classent en fonction de ce qui se passe lorsqu'on passe des réactifs aux produits. Ceci est utile pour prédire la réactivité des réactifs et les produits formés à partir des réactions.
Types de réactions
UNE réaction chimique est un processus dans lequel une ou plusieurs substances, les réactifs, subissent une transformation chimique pour former une ou plusieurs substances différentes, les produits. C'est un processus qui implique le réarrangement des atomes constitutifs des réactifs pour former des produits, sans changer les noyaux des atomes.
Par exemple, dans un processus utilisé pour fabriquer de la soude et de l'eau de Seltz, le dioxyde de carbone est barboté dans de l'eau sous pression et forme un nouveau composé connu sous le nom d'acide carbonique (H2CO3). Par cette équation, vous savez qu'une réaction chimique s'est produite.
CO2(g) + H2O(l) —> H2CO3(aq)
UNE réaction physique est différent d'une réaction chimique. Les changements physiques n'impliquent que le changement d'état, par exemple, la congélation de l'eau en glace et la sublimation de la glace sèche en dioxyde de carbone. Dans les deux scénarios, l'identité chimique des réactifs, H2O et CO2, n'a pas changé. Les produits sont toujours constitués des mêmes composés que les réactifs.
H2O(l) —> H2O(s)
CO2(s) —> CO2(g)
UNE réaction nucléaire se distingue également d'une réaction chimique. Elle implique la collision de deux noyaux pour former un ou plusieurs nucléides différents des noyaux parents. Par exemple, Ernest Rutherford a effectué la première transmutation artificielle en exposant de l'azote gazeux à des particules alpha, formant l'isotope 17O et éjecter un proton dans ce processus. L'élément dans le réactif a changé, donc une réaction a eu lieu.
14N + —> 17O + p
Types de réactions chimiques
Les types de réactions chimiques les plus courants sont la synthèse, la décomposition, le déplacement simple, le déplacement double, la combustion et l'acide-base. Cependant, une telle catégorisation n'est pas exclusive. Par exemple, une réaction acide-base peut également être classée comme une réaction à double déplacement.
Réaction de synthèse
Une réaction de synthèse est une réaction dans laquelle deux substances ou plus sont combiné pour en former un plus complexe. L'équation chimique d'une forme générale de réaction de synthèse est la suivante :
A + B —> AB
Un exemple de réaction de synthèse est la combinaison de fer (Fe) et de soufre (S) pour former du sulfure de fer.
Fe(s) + S(s) —> FeS(s)
Un autre exemple est lorsque le sodium et le chlore gazeux sont combinés pour produire une molécule plus complexe, le chlorure de sodium.
2Na(s) + Cl2(g) —> 2NaCl (s)
Réaction de décomposition
Une réaction de décomposition fonctionne à l'opposé d'une réaction de synthèse. C'est une réaction où une substance plus complexe se sépare en plus simples. Une forme générale d'une réaction de décomposition peut être écrite comme:
AB —> A + B
Un exemple de réaction de décomposition est l'électrolyse de l'eau pour former de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux.
H2O(l) —> H2(g) + O2(g)
La décomposition peut également être thermique, telle que la conversion de l'acide carbonique en eau et en dioxyde de carbone dans des conditions de chauffage. Il est couramment observé dans les boissons gazeuses.
H2CO3(aq) —> H2O(l) + CO2(g)
Réaction à déplacement unique
Également connue sous le nom de réaction de remplacement unique, la réaction de déplacement unique se produit lorsqu'un élément pur change de place avec un autre élément dans un composé. Il est sous la forme générale :
A + BC —> AC + B
De nombreux métaux peuvent réagir avec un acide fort. Par exemple, le magnésium réagit avec l'acide chlorhydrique pour former de l'hydrogène gazeux et du chlorure de magnésium. Dans cette réaction, le magnésium change de place avec l'hydrogène dans l'acide chlorhydrique.
Mg (s) + 2HCl (aq) —> H2(g) + MgCl2(aq)
Le magnésium peut également réagir avec l'eau pour générer de l'hydroxyde de magnésium et de l'hydrogène gazeux.
Mg(s) + 2H2O(l) —> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Double déplacement
Un autre type de réactions chimiques est le double déplacement, dans lequel les cations des deux réactifs changent de place pour former deux produits complètement différents. Une forme générale de cette réaction est :
AB + CD —> AD + CB
Un exemple de réaction de double déplacement est lorsque le chlorure de baryum réagit avec le sulfate de magnésium pour former du sulfate de baryum et du chlorure de magnésium. Dans cette réaction, les cations de baryum et de magnésium dans les réactifs changent de place pour de nouveaux composés de baryum et de magnésium.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Un autre exemple est la réaction du nitrate de plomb avec l'iodure de potassium pour former de l'iodure de plomb et du nitrate de potassium.
Pb (NON3)2 + 2KI —> PbI2 + 2KNO3
Dans les deux cas, la réaction génère un précipité (BaSO4 et PbI2) à partir de deux réactifs solubles, ils sont donc également regroupés sous les réactions de précipitation.
Réaction de combustion
Une réaction de combustion est une redox exothermique réaction chimique où un combustible réagit avec l'oxygène pour produire des produits gazeux. Bien qu'elle soit généralement initiée par une forme d'énergie, comme l'utilisation d'une allumette allumée pour allumer un feu, la chaleur libérée fournit de l'énergie pour entretenir la réaction.
Une réaction de combustion complète se produit lorsqu'un excès d'oxygène est présent et produit principalement des oxydes courants tels que le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre. Afin d'assurer une combustion complète, l'oxygène présent doit être le double ou le triple de la quantité théorique calculée par stoechiométrie. Une combustion complète d'un hydrocarbure peut s'exprimer sous la forme :
4CXHoui + (4x+y) O2 —> 4xCO2 + 2aH2O + chaleur
La combustion du méthane, qui est un hydrocarbure saturé, dégage une chaleur importante (891 kJ/mol) et peut être résumée par l'équation suivante :
CH4 + 2O2 —> CO2 + 2H2O + chaleur
Le naphtalène est un autre exemple d'hydrocarbure et sa combustion complète génère également du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur.
C10H8 + 12O2 —> 10CO2 + 4H2O + chaleur
Les alcools peuvent également servir de source de carburant pour la combustion, comme le méthanol.
CH3OH+O2 —> CO2 + 2H2O + chaleur
Une combustion incomplète se produit lorsqu'il n'y a pas assez d'oxygène pour réagir complètement avec le carburant pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau. Un tel exemple est lorsque le méthane est brûlé dans un apport limité d'oxygène pour produire une combinaison de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de cendres de carbone et d'eau. Il peut être exprimé par les équations ci-dessous, arrangées par la quantité d'oxygène présente.
Peu d'oxygène :
CH4 + O2 —> C + 2H2O
Un peu d'oxygène :
2CH4 + 3O2 —> 2CO + 4H2O
Plus mais pas assez d'oxygène :
4CH4 + 7O2 —> 2CO + 2CO2 + 8H2O
Trop de monoxyde de carbone peut entraîner un empoisonnement de l'air car il se combine avec l'hémoglobine pour former de la carboxyhémoglobine et réduit sa capacité à fournir de l'oxygène. Par conséquent, il est important d'assurer une combustion complète du combustible à usage domestique et industriel.
Réaction acide-base
La réaction acide-base est une réaction entre un acide et une base, et l'eau est l'un des produits. Il s'agit d'un type spécial de réaction à double déplacement (A et B changent de place) et ces exemples de réactions chimiques s'écrivent comme suit :
HA + BOH —> BA + H2O
Un exemple simple de réaction acide-base est lorsqu'un antiacide (hydroxyde de calcium) neutralise l'acide gastrique (acide chlorhydrique).
Ca (OH)2 + 2HCl —> CaCl2 + 2H2O
Un autre exemple est la réaction du vinaigre (acide acétique) avec le bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium). Dans ce processus, de l'eau et du dioxyde de carbone sont formés mais aucune chaleur n'est libérée, il ne s'agit donc pas d'une réaction de combustion.
CH3COOH + NaHCO3 —> CH3COONa + H2O + CO2