Transformation se produisant lorsque plusieurs corps chimiques sont mis en
présence ou lorsqu'un corps reçoit un apport extérieur de nouvelles substances.
Opération fondamentale par laquelle on crée de nouvelles substances, la
réaction chimique consiste en une transformation de la matière. Au cours de
celle-ci, les atomes des molécules des réactifs se séparent puis se réarrangent
pour donner naissance à de nouvelles molécules, qui constituent les produits de
la réaction. Avant de tenter une réaction, il faut se demander si les réactifs
mis en présence vont réagir pour donner les produits espérés. La plupart des
réactions chimiques se déroulent en effet dans un sens privilégié. Dans
certains cas, c'est l'inverse de la réaction souhaitée qui tend à se produire !
La solution de ce problème nécessite le recours à la thermodynamique chimique.
Lorsqu'une réaction est "possible" (elle tend alors à se dérouler spontanément
dans une direction donnée), il importe d'en connaître la vitesse. Cela
conditionne le passage du laboratoire à l'unité de production industrielle, qui
se doit de fonctionner sans à-coups et sans réactions intempestives ; ce
passage implique la réalisation d'installations "pilotes" de plus en plus
grosses permettant d'optimiser les conditions de la réaction.
Une réaction chimique s'accompagne de réarrangements dans la position des
atomes ainsi que de modifications des diverses liaisons interatomiques. La
façon dont ces changements se produisent au cours du temps constitue le
mécanisme de réaction. Celui-ci se déduit d'études sur la cinétique.
Très souvent, une réaction chimique peut être décomposée en réactions plus
simples, dites réactions élémentaires. Par exemple, l'oxydation de HI (iodure
d'hydrogène) par H2O2 (eau oxygénée) s'effectue en deux étapes :
HI + H2O2 -> HOI + H2O (1) et HOI + HI -> I2 +H2O (2)
soit, au total : 2HI + H2O2 -> I2 + 2H2O.
Dans ce schéma, l'espèce HOI qui est créée dans la réaction (1) mais consommée
dans la réaction (2) est un intermédiaire réactionnel. Sa durée de vie peut
être très brève, mais elle est, en principe, mesurable. Cet intermédiaire peut
être observé par des techniques spectroscopiques.
Si l'on considère maintenant une réaction élémentaire, on peut préciser la
synchronisation entre les mouvements des différents atomes. L'exemple le plus
simple est celui d'une réaction de substitution au cours de laquelle il se
produit un mouvement concerté des atomes. Ceux-ci passent par une configuration
géométrique instable, appelée complexe activé, qui n'est réalisée que pendant
une durée de l'ordre de la période d'une vibration moléculaire (10^-13 s).
En faisant réagir de l'aluminium (Al) et du soufre (S), on obtient du sulfure
d'aluminium (Al2S3). La réaction s'écrit : 2Al + 3S -> Al2S3. Les
coefficients placés devant les symboles chimiques représentent les nombres de
moles de chaque réactif qu'il faut mettre en présence pour que la réaction soit
complète. Deux moles d'aluminium (de masse molaire M = 27 g), soit 54 g,
mélangées à trois moles de soufre (M = 32 g), soit 96 g, donnent ainsi une mole
de Al2S3 (M = 2 * 27 + 3 * 32 = 150 g). La réaction est complète tant que la
proportion 54/96 est respectée.
Dans le cas où des gaz interviennent : 3Fe + 2O2 -> Fe3O4, il est plus utile
d'utiliser le volume molaire (le même pour tous les gaz), qui vaut 22,4 l à
0 °C. Ainsi, 3 moles de fer (M = 56 g), soit 168 g, réagissent avec 2 moles
d'oxygène, soit 44,8 l, pour donner une mole d'oxyde de fer
(M = 3 * 56 + 4 * 16), soit 232 g de Fe3O4.
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