Types de réactions chimiques

Plonge un fil de cuivre dans une solution de nitrate d'argent : des cristaux d'argent s'y développent et le liquide devient bleu. Le cuivre a pris la place de l'argent.

On connaît des millions de réactions, mais la plupart suivent quelques schémas. Les connaître permet de prévoir les produits avant de les observer. Certains manuels classent les réactions selon ce qui arrive aux formules : association, décomposition ou échange. D'autres les classent selon ce qui arrive aux particules : formation de solides, transfert de protons ou d'électrons. Ces deux classements se recoupent, et il est utile de connaître les deux.

Associer et décomposer

Dans une réaction de synthèse, ou de combinaison, deux substances ou plus s'associent pour former un seul produit : A + B → AB. Le diazote et le dihydrogène se combinent pour former de l'ammoniac, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, selon le procédé industriel de fabrication de l'ammoniac. Le fer et le dioxygène se combinent en oxyde de fer(III). Une réaction de décomposition fait l'inverse : une substance se sépare en deux substances ou plus, AB → A + B. Le peroxyde d'hydrogène se décompose lentement en eau et en dioxygène, 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂, et le calcaire chauffé dans un four se décompose en chaux et en dioxyde de carbone.

Échanger les partenaires

Dans une réaction de déplacement simple, un élément prend la place d'un autre dans un composé : A + BC → AC + B. Le cuivre métallique dans une solution de nitrate d'argent en est l'exemple classique : Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag. Les atomes de cuivre deviennent des ions cuivre bleus en solution, tandis que les ions argent se déposent sous forme métallique. Le magnésium plongé dans l'acide chlorhydrique remplace l'hydrogène et produit des bulles : Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

Dans une réaction de double déplacement, deux composés échangent leurs partenaires : AB + CD → AD + CB. Mélange des solutions limpides de nitrate d'argent et de chlorure de sodium : un solide blanc apparaît aussitôt, car le chlorure d'argent ne se dissout pas dans l'eau. L'équation est AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃. Une réaction qui forme ainsi un solide à partir de solutions est appelée précipitation. Les chimistes la prévoient grâce aux règles de solubilité, qui indiquent quels composés ioniques se dissolvent et lesquels ne se dissolvent pas.

Brûler, neutraliser et transférer des électrons

Une combustion est la réaction rapide d'un combustible avec le dioxygène, libérant de la chaleur et généralement de la lumière. Si le combustible contient seulement du carbone et de l'hydrogène, ou du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, sa combustion complète donne du dioxyde de carbone et de l'eau : c'est le cas du méthane, du propane et de l'éthanol. Une neutralisation est la réaction d'un acide avec une base, donnant un sel et de l'eau : HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Les comprimés antiacides agissent ainsi sur l'acidité de l'estomac ; le cours sur les acides et les bases détaille ce mécanisme.

Beaucoup de ces réactions ont un point commun plus profond : des électrons passent d'une substance à une autre. Quand le sodium réagit avec le chlore, chaque atome de sodium perd un électron et chaque atome de chlore en gagne un. La perte d'électrons est une oxydation, et le gain une réduction. Comme l'une ne peut pas se produire sans l'autre, on parle de réactions d'oxydoréduction, ou redox. La combustion, la formation de rouille et le déplacement simple sont des réactions d'oxydoréduction. La précipitation et la neutralisation n'en sont pas, car aucun élément ne change de nombre d’oxydation.