Qu'est-ce qu'une réaction chimique ?

Une molécule de méthane et deux molécules de dioxygène deviennent une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d'eau, sans perdre un seul atome.

Allume une gazinière : une flamme bleue apparaît. Seuls du gaz et de l'air semblent entrer, et seule de la chaleur semble en sortir. Pourtant, quelque chose a complètement changé. Le méthane du gaz et le dioxygène de l'air ont disparu, remplacés par du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. C'est une réaction chimique : des substances se transforment en d'autres substances parce que leurs atomes quittent leurs anciens partenaires et se lient à de nouveaux.

Transformation chimique et transformation physique

Fais fondre un glaçon : tu as toujours de l'eau. Dissous du sucre dans du thé : les molécules de sucre restent les mêmes, simplement dispersées. Ce sont des transformations physiques : l'aspect change, mais pas les molécules. Une transformation chimique produit toujours une matière différente de celle du départ. La rouille est une substance différente du fer, du dioxygène et de l'eau dont elle provient. Brûler, cuire, digérer ou laisser pourrir des aliments sont des transformations chimiques, car de nouvelles substances se forment à chaque fois.

Comme on ne voit généralement pas les atomes se réorganiser, les chimistes cherchent des indices. Un gaz apparaît, comme les bulles du mélange de bicarbonate et de vinaigre. La couleur change : un fil de cuivre plongé dans une solution de nitrate d'argent rend le liquide bleu et se couvre de cristaux d'argent gris. Un solide apparaît lorsqu'on mélange deux solutions limpides : le nitrate de plomb et l'iodure de potassium donnent un solide jaune vif appelé précipité. De la chaleur ou de la lumière est libérée, comme dans une flamme, ou absorbée. Aucun de ces indices ne prouve à lui seul qu'une réaction a lieu, puisque l'eau qui bout fait aussi des bulles, mais leur ensemble est un bon guide.

Lire une équation chimique

Les chimistes décrivent les réactions par des équations. Les substances présentes au départ, les réactifs, sont à gauche. Celles qui se forment, les produits, sont à droite. Une flèche va d'un côté à l'autre, et des signes plus séparent les substances de chaque côté. Pour la combustion du méthane, l'équation est CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Les petits nombres dans une formule sont des indices : ils indiquent la nature de la substance. H₂O contient deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène. Les grands nombres devant les formules sont des coefficients : ils indiquent combien d'entités de chaque substance participent. Un coefficient de 1 ne s'écrit pas.

Les coefficients sont des proportions, pas des nombres exacts de molécules. CH₄ + 2O₂ signifie une molécule de méthane pour deux de dioxygène : 3 molécules de méthane nécessitent donc 6 molécules de dioxygène, et une mole de méthane en nécessite deux de dioxygène. On ajoute souvent des lettres entre parenthèses pour préciser l'état : (s) solide, (l) liquide, (g) gaz et (aq) dissous dans l'eau. L'équation devient alors CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) si l'eau est refroidie jusqu'à l'état liquide.

Compare quelques réactions dans le laboratoire ci-dessus. Chacune conserve tous les atomes du départ. Le fer et le dioxygène donnent de l'oxyde de fer(III), principal constituant de la rouille. Le carbonate de calcium, minéral du calcaire, se décompose en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone lorsqu'on le chauffe fortement. Dans chaque cas, les barres des atomes des réactifs et des produits coïncident : c'est la règle étudiée dans la leçon suivante.