Réactions chimiques — Équation et conservation

réactif et produit — Dans une transformation chimique, les espèces présentes au départ et qui disparaissent sont les réactifs ; celles qui apparaissent sont les produits. Une transformation chimique n'est pas une transformation physique : la fonte d'un glaçon ne change que l'état de l'eau, tandis qu'une réaction réorganise les atomes en molécules différentes.

Ce qui se conserve au cours d'une réaction, ce sont les atomes : aucun n'apparaît, aucun ne disparaît, ils changent seulement de voisinage. Ce qui ne se conserve pas, ce sont les molécules : elles sont détruites et reconstruites autrement. C'est cette distinction qui permet d'équilibrer une équation, et c'est elle qui explique la conservation de la masse.

Au cours d'une transformation chimique, la masse totale se conserve : la somme des masses des réactifs consommés est égale à la somme des masses des produits formés. C'est la loi énoncée par Lavoisier en 1789, et elle ne souffre aucune exception en chimie.

On brûle 12 g de carbone dans 32 g de dioxygène. Toute la matière est consommée. Quelle masse de dioxyde de carbone se forme ?

1. La masse des réactifs se calcule d'abord :$12+32=44$
2. Cette masse se retrouve intégralement dans le produit unique de la réaction.
3. Il se forme donc 44 g de dioxyde de carbone — plus de trois fois et demie la masse du carbone brûlé (44 ÷ 12 ≈ 3,7), la différence venant du dioxygène de l'air, invisible mais bien pesé.

44 g de dioxyde de carbone

Équilibrer une équation, dans l'ordre

1. Écrire les formules des réactifs à gauche, des produits à droite, séparées par une flèche.
2. Compter les atomes de chaque élément de part et d'autre, en dressant un petit tableau.
3. Ajuster les coefficients placés devant les formules — jamais les indices, qui décrivent les molécules.
4. Traiter en dernier l'élément qui apparaît dans le plus de formules, souvent l'oxygène.Le corriger d'abord oblige à tout recommencer à chaque ajustement.
5. Recompter chaque élément une dernière fois : le tableau doit se lire deux fois le même nombre sur chaque ligne.

Équilibrer la combustion du méthane : $C{H}_4+O_2⟶C{O}_2+H_{2}O$.

1. Le carbone est déjà équilibré : un à gauche, un à droite.
2. L'hydrogène : quatre à gauche, deux à droite. On place un 2 devant l'eau.$2\times 2=4$
3. L'oxygène en dernier : à droite, deux dans le dioxyde de carbone et deux dans les deux molécules d'eau.$2+2=4$
4. Il en faut donc quatre à gauche, soit deux molécules de dioxygène.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Une combustion met en jeu un combustible — ce qui brûle — et un comburant — le plus souvent le dioxygène de l'air. Quand le combustible contient du carbone et de l'hydrogène et que le dioxygène est en quantité suffisante, la combustion est complète : elle produit du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau, et libère de l'énergie.

Deux tests identifient les produits, et il faut annoncer le réactif et son résultat. L'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone. Le sulfate de cuivre anhydre, de couleur blanche, bleuit au contact de l'eau. Un test nommé sans son résultat attendu ne prouve rien.

pH — Le pH mesure l'acidité d'une solution sur une échelle allant de 0 à 14. Une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre s'il vaut exactement 7 — c'est le cas de l'eau pure —, et basique s'il est supérieur à 7. On le mesure avec un papier indicateur ou un pH-mètre.

Diluer une solution, c'est y ajouter de l'eau : son pH se rapproche alors de 7, sans jamais le franchir. Une solution acide diluée reste acide ; une solution basique diluée reste basique. La dilution atténue, elle ne renverse pas.