Propriétés et changements chimiques
Il existe une centaine d'éléments, mais des millions de matières pures. L'explication est simple : les éléments peuvent se combiner entre eux pour former des matières aux propriétés différentes. Par exemple, l'eau se compose de deux éléments inflammables - l'oxygène et l'hydrogène - mais est une matière ininflammable.
La capacité d'un élément à se combiner avec d'autres représente ses propriétés chimiques.
Exemple 1 : propriétés chimiques des halogènes
Comparons deux halogènes pour comprendre comment les propriétés chimiques des éléments déterminent leur capacité d'association.
Le fluor possède 7 électrons de valence sur son deuxième niveau d'énergie. Le deuxième niveau du fluor peut accepter 8 électrons. Le fluor aura donc tendance à rechercher un électron supplémentaire pour compléter son deuxième niveau.
Le chlore possède aussi 7 électrons de valence, mais sur son troisième niveau. Le troisième niveau de valence peut aussi être complété par l'ajout d'un électron pour un total de 8. Les halogènes ont tendance à rechercher un électron pour compléter leur niveau de valence.
Le fluor et le chlore recherche donc tous les deux à combler leur niveau de valence en ajoutant un électron. Toutefois, le fluor attirera plus fortement les électrons que le chlore parce que l'électron de valence manquant se trouve à un niveau d'énergie plus près du noyau et des protons positifs. Le fluor est donc plus réactif que le chlore.
Exemple 2 : propriétés chimiques des métaux alcalins
À l'opposé du tableau périodique, on retrouve les métaux alcalins qui on tous un seul électron de valence. Nous appliquerons la même logique de proximité du noyau positif pour déterminer l'élément qui est le plus réactif lorsqu'on compare deux métaux alcalins.
Le sodium possède un électron de valence qui se trouve sur le troisième niveau d'énergie. Le sodium aura tendance à perdre cet électron pour faire en sorte que le niveau d'énergie le plus éloigné du noyau contenant des électrons devienne le deuxième niveau qui est complet avec 8 électrons. Il est plus facile pour le sodium de céder un électron que de compléter son troisième niveau en recherchant 7 électrons.
Le potassium possède aussi un électron de valence se trouvant sur le quatrième niveau d'énergie. Comme le sodium, le potassium cherchera à céder son électron de valence pour se retrouver avec 8 électrons sur un troisième niveau complet.
Comme l'électron de valence du potassium est plus éloigné du noyau positif que celui du sodium, le potassium aura plus de facilité à s'en départir et sera plus réactif que le sodium.
Réaction chimique
Les deux exemples précédents laissent croire que les halogènes cherchant à acquérir un électron auront tendance à réagir avec les métaux alcalins qui, eux, cherche à donner un électron. C'est en effet le cas. Lorsqu'un élément s'associe avec un autre élément par l'échange d'électrons, il y a une réaction chimique. Par exemple, le sel de table provient de l'association entre le chlore et le sodium pour former du chlorure de sodium (NaCl). Le sodium cède son électron de valence au chlore. Le sodium devient un ion positif (ou cation) puisqu'il a maintenant un électron de moins que de proton dans son noyau (11 protons et 10 électrons). Le chlore devient un ion négatif (ou anion) possédant 18 électrons et 17 protons.
Dans une réaction chimique, les matières produites (les produits) ont des propriétés différentes des matières qui réagissent (les réactifs). Les propriétés du chlorure de sodium sont différentes des propriétés du sodium et du chlore.
Il y a aussi une réaction chimique lorsqu'un composé chimique se décompose en ses éléments de base. Ainsi, si on place des électrodes chargées dans l'eau, on peut la diviser en oxygène et en hydrogène. Encore une fois, les propriétés de l'eau (réactif) ininflammable sont différentes que celles de l'oxygène et de l'hydrogène, tous deux inflammables.
La capacité d'un élément à se combiner avec d'autres représente ses propriétés chimiques.
Exemple 1 : propriétés chimiques des halogènes
Comparons deux halogènes pour comprendre comment les propriétés chimiques des éléments déterminent leur capacité d'association.
Le fluor possède 7 électrons de valence sur son deuxième niveau d'énergie. Le deuxième niveau du fluor peut accepter 8 électrons. Le fluor aura donc tendance à rechercher un électron supplémentaire pour compléter son deuxième niveau.
Le chlore possède aussi 7 électrons de valence, mais sur son troisième niveau. Le troisième niveau de valence peut aussi être complété par l'ajout d'un électron pour un total de 8. Les halogènes ont tendance à rechercher un électron pour compléter leur niveau de valence.
Le fluor et le chlore recherche donc tous les deux à combler leur niveau de valence en ajoutant un électron. Toutefois, le fluor attirera plus fortement les électrons que le chlore parce que l'électron de valence manquant se trouve à un niveau d'énergie plus près du noyau et des protons positifs. Le fluor est donc plus réactif que le chlore.
Exemple 2 : propriétés chimiques des métaux alcalins
À l'opposé du tableau périodique, on retrouve les métaux alcalins qui on tous un seul électron de valence. Nous appliquerons la même logique de proximité du noyau positif pour déterminer l'élément qui est le plus réactif lorsqu'on compare deux métaux alcalins.
Le sodium possède un électron de valence qui se trouve sur le troisième niveau d'énergie. Le sodium aura tendance à perdre cet électron pour faire en sorte que le niveau d'énergie le plus éloigné du noyau contenant des électrons devienne le deuxième niveau qui est complet avec 8 électrons. Il est plus facile pour le sodium de céder un électron que de compléter son troisième niveau en recherchant 7 électrons.
Le potassium possède aussi un électron de valence se trouvant sur le quatrième niveau d'énergie. Comme le sodium, le potassium cherchera à céder son électron de valence pour se retrouver avec 8 électrons sur un troisième niveau complet.
Comme l'électron de valence du potassium est plus éloigné du noyau positif que celui du sodium, le potassium aura plus de facilité à s'en départir et sera plus réactif que le sodium.
Réaction chimique
Les deux exemples précédents laissent croire que les halogènes cherchant à acquérir un électron auront tendance à réagir avec les métaux alcalins qui, eux, cherche à donner un électron. C'est en effet le cas. Lorsqu'un élément s'associe avec un autre élément par l'échange d'électrons, il y a une réaction chimique. Par exemple, le sel de table provient de l'association entre le chlore et le sodium pour former du chlorure de sodium (NaCl). Le sodium cède son électron de valence au chlore. Le sodium devient un ion positif (ou cation) puisqu'il a maintenant un électron de moins que de proton dans son noyau (11 protons et 10 électrons). Le chlore devient un ion négatif (ou anion) possédant 18 électrons et 17 protons.
Dans une réaction chimique, les matières produites (les produits) ont des propriétés différentes des matières qui réagissent (les réactifs). Les propriétés du chlorure de sodium sont différentes des propriétés du sodium et du chlore.
Il y a aussi une réaction chimique lorsqu'un composé chimique se décompose en ses éléments de base. Ainsi, si on place des électrodes chargées dans l'eau, on peut la diviser en oxygène et en hydrogène. Encore une fois, les propriétés de l'eau (réactif) ininflammable sont différentes que celles de l'oxygène et de l'hydrogène, tous deux inflammables.
Indices de réactions chimiques
Comment savoir qu'un changement dans la matière provient d'une réaction chimique et non d'un changement physique? La réponse simple à cette question est qu'un changement physique n'entraîne pas de changement dans les propriétés physiques de la matière, alors que dans une réaction chimique, les propriétés changent.
Par exemple, on peut faire chauffer de l'eau pour la transformer en vapeur. Il y a un changement observable, mais les propriétés physiques de la vapeur restent essentiellement les mêmes que celle de l'eau. En refroidissant la vapeur, elle se condense pour redevenir de l'eau. Le changement de phase de l'eau passant de liquide à gaz ne provient pas d'un changement dans la structure moléculaire de l'eau, mais simplement par l'ajout d'énergie qui augmente l'activité de ses molécules.
Dans un changement chimique, les propriétés de la matière changent et il est souvent difficile et même impossible de revenir en arrière. Lorsqu'on fait brûler du bois, la réaction chimique produit de la fumée, de la chaleur, de la lumière et finalement, de la cendre. Les propriétés de la cendre sont très différentes de celles du bois. Il serait également difficilement de produire une réaction inverse pour transformer la cendre en bois.
Connaître la différence théorique entre un changement physique et un changement chimique n'est pas toujours suffisant pour les distinguer. Voici donc quelques indices permettant d'identifier qu'un changement chimique.
Par exemple, on peut faire chauffer de l'eau pour la transformer en vapeur. Il y a un changement observable, mais les propriétés physiques de la vapeur restent essentiellement les mêmes que celle de l'eau. En refroidissant la vapeur, elle se condense pour redevenir de l'eau. Le changement de phase de l'eau passant de liquide à gaz ne provient pas d'un changement dans la structure moléculaire de l'eau, mais simplement par l'ajout d'énergie qui augmente l'activité de ses molécules.
Dans un changement chimique, les propriétés de la matière changent et il est souvent difficile et même impossible de revenir en arrière. Lorsqu'on fait brûler du bois, la réaction chimique produit de la fumée, de la chaleur, de la lumière et finalement, de la cendre. Les propriétés de la cendre sont très différentes de celles du bois. Il serait également difficilement de produire une réaction inverse pour transformer la cendre en bois.
Connaître la différence théorique entre un changement physique et un changement chimique n'est pas toujours suffisant pour les distinguer. Voici donc quelques indices permettant d'identifier qu'un changement chimique.
- Production de gaz : Certaines réactions chimiques produisent des gaz. Par exemple, lorsqu'un métal réagit avec de l'acide, de l'hydrogène gazeux est produit.
- Production de lumière : Plusieurs réactions produisent de la lumière. On a qu'à penser au feu par exemple.
- Changement de température : Lorsqu'une réaction entre deux matières provoque un changement de température, sans qu'une source externe de chaleur ou de refroidissement n'intervienne, on est témoin d'un changement chimique. Le feu est un exemple de réaction qui fait augmenter la température, mais d'autres réactions font diminuer la température.
- Changement de couleur : Un exemple classique du changement de couleur produit par une réaction chimique est la rouille (corrosion).
- Production d'une odeur : Plusieurs réactions produisent une odeur. Le fer réagit avec l'acide sulfurique en produisant une odeur nauséabonde d'oeuf pourri.
- Précipitation : Une réaction de précipitation se produit quand en mélangeant deux liquides, ou deux gaz, un solide apparaît. Par exemple, en versant une solution de nitrate de plomb II dans une solution d'iodure de sodium, un solide insoluble jaune vif apparaît (iodure de plomb II).
Quelques ressources externes sur les indices de réactions chimiques
- vidéo TFO - changements de couleur, température, production de gaz et de chaleur
- Vidéo démontrant les différents indices de réaction dans un laboratoire
- Les réactions chimique (Idéllo.org - TFO)