Transformation chimique [Objectifs, vocabulaire et définitions]

Transformation chimique

Définition :

Une transformation correspond à un changement de l'état d'un système^[1] .

Une transformation chimique implique en outre la rupture ( et / ou la formation ) d'une ou plusieurs liaisons chimiques^[2].

Par exemple, l'ébullition d'un corps pur comme de l'eau n'est pas une transformation chimique puisque les liaisons qui sont rompues lors de ce changement d'état ne sont pas des liaisons chimiques mais des liaisons beaucoup plus faibles entre les molécules dans la phase liquide. En revanche, au cours de la combustion^[3] d'un hydrocarbure dans le dioxygène, l'arrangement des atomes dans l'état initial et dans l'état final est totalement différent ( à l'état initial, les atomes de carbone et d'hydrogène sont exclusivement liés entre eux dans une seule molécule d'hydrocarbure, tandis qu'à l'état final, ils se retrouvent liés aux atomes d'oxygène cela dans deux molécules différentes, l'eau pour l'hydrogène et le dioxyde de carbone pour le carbone ).

Différents types de transformation

Si une transformation s'effectue sans échange de chaleur^[4] avec le milieu extérieur, elle est adiabatique (par exemple si le système est un calorimètre^[5] parfaitement isolé)

Si la transformation a lieu à température constante, elle est isotherme ; à pression constante, elle est isobare et à volume constant, elle est isochore.

A quel type de transformation correspond la cuisson des aliments dans cette cocotte minute ?

Cette cocotte est-elle un système ouvert, fermé ou isolé ?

Attention :

Une transformation adiabatique n'est pas une transformation isotherme : si l'on provoque un processus qui dégage de la chaleur au sein d'un système isolé , par exemple dans un calorimètre, la chaleur dégagée va être intégralement communiquée au système ( puisqu'il n'y a pas d'échange avec le milieu extérieur ) et la température du système va donc augmenter.

Une succession de transformations à l'issue desquelles l'état final est identique à l'état initial est un cycle.

Notes

système
C'est le nom donné à la portion de l'espace que l'on étudie ( un réacteur et son contenu par exemple) ; ce qui n'est pas le système est le milieu extérieur.
L'un des objectifs de la thermodynamique est de prévoir quels seront les échanges d'énergie entre le système et le milieu extérieur lors d'une transformation.
liaison chimique
Les composés chimiques sont le plus souvent formés par l'association de plusieurs atomes ou ions ; ces associations de plusieurs atomes ou ions sont des molécules.
Dans une molécule les particules sont attirées entre elles par des forces très importantes qui constituent la liaison chimique entre ces particules.
Ces forces peuvent être de natures différentes (liaison covalente, liaison ionique, liaison dative ) mais elles sont toujours très élevées dans une liaison chimique .
Entre les molécules existent également des forces de liaisons ; elles sont beaucoup plus faibles et on les appelle liaisons intermoléculaires.
Combustion
On appelle combustion d'un composé (corps pur) la réaction complète d'une mole de ce corps pur avec le dioxygène.
La combustion conduit au degré d'oxydation le plus élevé des éléments C et H et au degré d'oxydation minimum (-II) de l'élément O ; par exemple, la combustion d'un hydrocarbure ne comportant que les éléments C et H correspondra à sa transformation en \(\mathrm{CO_2}\) et \(\mathrm{H_2O}\). Si le composé organique contient l'élément N (azote) sa combustion conduit à \(\mathrm{N_2}\) .
chaleur
Forme d'énergie dont l'augmentation se traduit généralement par une augmentation de température . Cette énergie est dite de transfert.
Lorsqu'un système reçoit cette forme d'énergie, sa température T augmente généralement sauf dans le cas où le système est le siège d'un changement d'état physique ; dans ce dernier cas la température reste constante et on parle de chaleur latente.
Calorimétre
un calorimétre " idéal " est un système isolé ; un calorimètre est une bouteille thermos (qui empêche les échanges de chaleur avec le milieu extérieur) soigneusement fermée par un bouchon (qui empéche les échanges de matière). Ce type de système sera souvent utilisé pour déterminer par exemple des chaleurs de réaction. La technique utilisant les propriétés des calorimétres s'appelle la calorimétrie.