Un glaçon fond, une bougie brûle, un clou oublié dehors finit par rouiller. Dans le premier cas, l’eau reste de l’eau ; dans les deux autres, la matière change vraiment de nature. Ces transformations s’appellent des réactions chimiques : des substances disparaissent et de nouvelles substances apparaissent. Voyons comment les reconnaître et ce que devient la masse.
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Physique ou chimique : deux sortes de transformations
Un morceau de beurre qui fond dans la poêle et un œuf qui cuit sont deux transformations. Pourtant, elles n’ont rien de comparable. Si l’on refroidit le beurre fondu, on retrouve du beurre solide. Si l’on refroidit l’œuf cuit, il reste cuit : on ne peut pas retrouver l’œuf cru.
Une transformation est physique quand les substances présentes sont les mêmes avant et après (changement d’état, mélange, dissolution). Elle est chimique quand des substances disparaissent et que d’autres apparaissent : on parle de réaction chimique.
| Transformation | Nature | Pourquoi ? |
|---|---|---|
| Fusion d’un glaçon | Physique | L’eau reste de l’eau, seul l’état change |
| Sucre dissous dans l’eau | Physique | Le sucre se retrouve en évaporant l’eau |
| Combustion d’une bougie | Chimique | La cire disparaît, de nouveaux gaz se forment |
| Rouille d’un clou | Chimique | Le fer devient une substance orangée différente |
| Cuisson d’un œuf | Chimique | Impossible de revenir à l’œuf cru |
Les réactions chimiques : réactifs et produits
Au cours d’une réaction chimique, les substances qui disparaissent sont les réactifs. Les substances qui apparaissent sont les produits. On écrit le bilan avec une flèche qui se lit « donne » :
réactifs → produits
Les réactifs sont consommés pendant la réaction. Les produits sont formés pendant la réaction. Une substance qui n’intervient pas (le récipient, l’eau en spectatrice…) n’est ni réactif ni produit.
Pour la combustion d’une bougie, le bilan s’écrit : cire + dioxygène → dioxyde de carbone + eau. Le dioxygène, présent dans l’air à environ 21 %, est un réactif : sans lui, la flamme s’éteint. Pour la rouille : fer + dioxygène (+ eau) → rouille.
Les signes d’une transformation chimique
On ne voit pas directement les substances disparaître. On repère donc des indices :
- un dégagement gazeux (bulles, effervescence) ;
- un changement de couleur durable ;
- un dépôt solide qui se forme dans un liquide ;
- une variation de température sans chauffage extérieur (le mélange chauffe ou refroidit) ;
- de la lumière ou de la flamme (combustion).
Les bulles ne prouvent pas toujours une réaction chimique : l’eau qui bout fait des bulles de vapeur, un soda ouvert libère du gaz déjà dissous. Ce sont des transformations physiques. Un seul indice ne suffit pas toujours : il faut vérifier que de nouvelles substances sont apparues.
Un exemple : le vinaigre et le bicarbonate
Versons du vinaigre sur du bicarbonate de sodium (« bicarbonate alimentaire »). Une vive effervescence apparaît : un gaz se dégage. Ce gaz est le dioxyde de carbone. On le reconnaît à deux tests : il éteint une flamme (une allumette plongée dans le flacon s’éteint) et il trouble l’eau de chaux. Le solide blanc disparaît peu à peu : c’est bien une transformation chimique, car les réactifs sont consommés et un gaz apparaît.
Que devient la masse pendant une réaction ?
La masse totale ne change pas : rien ne se perd, rien ne se crée pendant une réaction chimique. Mais encore faut-il peser tout, gaz compris. Dans un récipient ouvert, le gaz formé s’échappe dans l’air et la balance affiche une masse plus petite. Dans un récipient fermé, le gaz reste enfermé et la masse affichée est la même avant et après.
Le graphique montre un bécher ouvert contenant du vinaigre et du bicarbonate. Masse au départ : 215,0 g. Masse finale : 212,9 g. La masse de gaz échappé est 215,0 − 212,9 = 2,1 g. Le gaz n’a pas disparu : il est parti dans l’air. En pesant le gaz aussi, la masse totale serait restée 215,0 g.
Pourquoi la masse se conserve : un réarrangement
Dans le modèle particulaire, la matière est faite de minuscules particules appelées atomes, souvent associés en molécules. Lors d’un changement d’état, les molécules ne changent pas : l’eau reste faite de molécules d’eau. Lors d’une réaction chimique, les molécules des réactifs sont détruites, et les atomes, qui ne disparaissent jamais, se réarrangent autrement pour former les molécules des produits. Comme on retrouve exactement les mêmes atomes avant et après, la masse totale se conserve.
Une réaction chimique, c’est comme défaire une construction en briques pour en bâtir une autre avec les mêmes briques : le nombre de briques (la masse) ne change pas, mais la forme finale est différente.
L’essentiel à retenir
- Une transformation chimique fait disparaître des substances (les réactifs) et apparaître de nouvelles substances (les produits).
- Indices : gaz, changement de couleur, dépôt, variation de température, flamme ; un seul indice ne suffit pas toujours.
- Un changement d’état, un mélange et une dissolution sont des transformations physiques.
- Pendant une réaction, la masse totale se conserve ; il faut peser tous les corps, gaz compris.
- Dans un récipient ouvert, un gaz formé qui s’échappe fait baisser la masse mesurée.
- Les atomes se réarrangent mais ne disparaissent pas.