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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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