Réactions chimiques : comment équilibrer une équation

Rien ne se perd

Dans une réaction chimique, les atomes ne sont ni créés ni détruits ; ils changent seulement de partenaires. En 1789, le chimiste français Antoine Lavoisier, qui pesait tout avec soin, gaz compris, a montré que la masse totale avant et après une réaction est la même. C’est la loi de conservation de la masse. C’est pourquoi les chimistes écrivent les équations avec les mêmes atomes des deux côtés : les réactifs à gauche, une flèche, les produits à droite. Quand une bougie brûle et semble disparaître, la cire s’est changée en gaz qui s’éloignent en flottant. L’image suit des atomes isolés quand ils quittent leurs anciennes molécules et en rejoignent de nouvelles.

Le méthane qui brûle, compté

Le gaz naturel est surtout du méthane. Le brûler avec de l’oxygène donne du dioxyde de carbone et de l’eau : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Comptez les atomes. Côté gauche : 1 carbone, 4 hydrogènes et 2 × 2 = 4 oxygènes. Côté droit : 1 carbone, 2 × 2 = 4 hydrogènes et 2 + 2 = 4 oxygènes. Toutes les colonnes concordent, donc l’équation est équilibrée. Le grand nombre devant une formule, son coefficient, multiplie chaque atome qu’elle contient, alors que le petit nombre sous un élément ne concerne que cet élément. Les brûleurs à gaz ont besoin d’air frais : avec trop peu d’oxygène, ils produisent du monoxyde de carbone, toxique, alors faites entretenir les appareils et aérez les pièces.

Pourquoi la chaleur et les catalyseurs accélèrent

Pour que deux particules réagissent, elles doivent se heurter, assez fort et du bon côté. La chaleur fait bouger les particules plus vite, donc il y a plus de collisions et davantage d’entre elles sont assez énergiques. En règle approximative, de nombreuses réactions vont deux fois plus vite pour chaque tranche de 10 °C de chauffage, ce qui est une raison de garder les aliments au réfrigérateur. Un catalyseur offre un chemin plus facile en abaissant l’énergie nécessaire pour démarrer, et il ne se consomme pas. Les pots d’échappement des voitures emploient des métaux comme le platine en guise de catalyseurs, et les enzymes de votre corps sont des catalyseurs naturels. Montez la température sur l’image et regardez davantage de collisions réussies scintiller.

De la chaleur qui entre, de la chaleur qui sort

Les réactions déplacent de l’énergie. Une réaction exothermique cède de l’énergie à son environnement, en général sous forme de chaleur : brûler du méthane réchauffe une cuisine, parce que les produits renferment moins d’énergie chimique que les réactifs. Un processus endothermique absorbe de l’énergie, et l’environnement se refroidit. Les poches de froid instantané vendues pour les blessures sportives utilisent un changement endothermique, un sel qui se dissout dans l’eau. La photosynthèse est elle aussi endothermique, car elle stocke l’énergie de la lumière dans du sucre. L’image trace l’énergie sous forme d’une courbe en colline : les produits finissent plus bas pour l’exothermique et plus haut pour l’endothermique, et la colline entre les deux est l’énergie nécessaire pour démarrer.

Rouille et feuilles

La chimie se trouve aussi dehors. Le fer rouille quand il rencontre l’oxygène en présence d’eau : 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃, l’eau se joignant à la réaction pour former la variante hydratée, orange et qui s’écaille. Vérifiez les atomes : 4 Fe à gauche, 2 × 2 = 4 à droite ; 3 × 2 = 6 O à gauche, 2 × 3 = 6 à droite. Dans les feuilles, la photosynthèse utilise la lumière : 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Carbone : 6 et 6. Hydrogène : 12 et 12. Oxygène : 12 + 6 = 18 à gauche, 6 + 12 = 18 à droite. Les plantes fabriquent du sucre avec de l’air et de l’eau et libèrent l’oxygène que nous respirons.

Équilibrez une équation

À vous d’en équilibrer une. Sous l’image, vous fixez le coefficient de chaque substance, et des compteurs affichent les atomes à gauche et à droite. Ne changez que les coefficients, jamais les petits nombres à l’intérieur d’une formule. Méthode : commencez par un atome qui n’apparaît que dans une substance de chaque côté, et gardez pour la fin les éléments qui se tiennent seuls. Exemple résolu : H₂ + O₂ → H₂O. L’oxygène vaut 2 à gauche et 1 à droite, donc écrivez 2 H₂O. L’hydrogène vaut alors 2 à gauche et 4 à droite, donc écrivez 2 H₂. Le résultat 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O a 4 H et 2 O de chaque côté. Essayez ensuite Fe + O₂ → Fe₂O₃ et vérifiez avec 4, 3 et 2.

Les réactions chimiques