Chimie c1011

Les réactions endothermiques et exothermiques

Une réaction endothermique est une transformation qui absorbe de l'énergie.

Une réaction exothermique est une transformation qui dégage de l'énergie.

Certaines transformations chimiques absorbent de l'énergie alors que d'autres en dégagent. Comme l'énergie thermique est généralement l'énergie associée aux réactions chimiques, on parlera alors de réaction endothermique et exothermique.

Lors d'une réaction endothermique, un apport d'énergie est utilisé pour briser les liaisons qui existent dans les réactifs puisque ces liaisons sont plus fortes que dans les produits.

Au contraire, dans une réaction exothermique, les liaisons qui existent dans les réactifs sont plus faibles que celles présentes dans les produits. Ainsi, un surplus d'énergie est dégagé.

On pourra décrire l'énergie impliquée dans une réaction par plusieurs moyens:

Les réactions endothermiques en détail
Les réactions exothermiques en détail

 

Exemples de réactions endothermiques

La neige qui fond (à gauche); l'électrolyse de l'eau (au centre); la cuisson d'aliments (à droite)


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Exemples de réactions exothermiques

La combustion d'un bâton d'encens (à gauche); la dissolution du NaOH (au centre); l'oxydoréduction dans une pile (à droite)


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Les tranformations physiques et chimiques

Autant une transformation physique qu'une réaction chimique peut entraîner un échange de chaleur avec l'environnement. Ainsi, on retrouve des réactions endothermiques et exothermiques autant dans les réactions de nature physique que dans celles de nature chimique.

Transformations physiques

Les transformations physiques ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière. Les propriétés de la matière sont les mêmes avant et après le changement.Les changements de phase de la matière provoquent le bris ou la formation de liens entre les particules qui la composent. Ainsi, certains changements de phase absorbent de l'énergie. La fusion, la sublimation et la vaporisation sont des réactions endothermiques puisqu'elles nécessitent de l'énergie pour réduire les forces d'attraction existant entre les particules. Les particules se sépareront alors davantage et tenderont de plus en plus vers l'état gazeux.

À l'inverse, les changements de phase exothermiques sont la solidification, la condensation solide et la condensation liquide. Dans ces cas, les attractions entre les particules deviennent plus importantes et libère alors de l'énergie.

La variation d'enthalpie impliquée dans les transformations physiques peut être graphiquement représentée comme dans le schéma suivant:

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Transformations chimiques

Les transformations chimiques modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière. De nouvelles substances sont donc formées suite à la réaction.Lors d'une réaction chimique, les molécules de réactifs se défont et leurs atomes se réorganisent pour former de nouvelles molécules: les produits. De manière générale, le bris de liaisons nécessite un apport d'énergie alors que la formation de liaisons en libère. Toutefois, c'est la différence entre l'énergie nécessaire pour briser les réactifs et celle nécessaire à la formation des produits qui déterminera si une réaction chimique est endothermique ou exothermique.

S'il faut davantage d'énergie pour briser les liaisons chimiques que pour en former de nouvelles, la réaction est endothermique. Au contraire, si l'énergie dégagée est supérieure à celle absorbée au cours de la réaction chimique, celle-ci est exothermique.

Exemple de réaction exothermique: la combustion du méthane

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L'équation thermique

Une réaction faisant intervenir un échange thermique peut être exprimée sous la forme d'une équation thermique où la chaleur pourra se retrouver du côté des réactifs (réaction endothermique) ou du côté des produits (réaction exothermique).

Réaction endothermique 

|\text{Réactifs} + \text{énergie} \rightarrow \text{Produits} |

|H_{2}O_{(g)} + 6 kJ \rightarrow H_{2}O_{(l)}|

Réaction exothermique

|\text{Réactifs} → \text{Produits} + \text{énergie}|

|CH_{4(g)} + 2 O_{2(g)} → CO_{2(g)} + 2 H_{2}O_{(g)} + 890 kJ|

On peut aussi exprimer l'équation thermique d'une autre façon : en inscrivant à côté de la réaction la variation d'enthalpie. Une variation d'enthalpie positive indique qu'il s'agit d'une réaction endothermique alors qu'un signe négatif indique qu'il s'agit d'une réaction exothermique.

Réaction endothermique

|CaCO_{3(s)} → CaO_{(s)} + CO_{2(g)} \hspace {2 cm} \triangle H = 178kJ/mol |

Réaction exothermique

|4 Fe_{(s)} + 3 O_{2(g)}→ 2 Fe_{2}O_{3(s)}  \hspace {2 cm} \triangle H = -824,2 kJ/mol |

À l'aide de l'équation thermique et des principes de la stoechiométrie, il est possible d'effectuer différents calculs mettant en jeu les quantités de matière et la quantité d'énergie impliquée.

Quelle est la quantité d'énergie qui serait dégagée par la combustion complète de 100,00g de méthane ?

|CH_{4(g)} + 2 O_{2(g)} → CO_{2(g)} + 2 H_{2}O_{(l)} + 890 kJ|

Solution

En utilisant le tableau périodique, on trouve que 1 mole de |CH_{4}| a une masse de 16,05g. Ensuite, un produit croisé nous permet de trouver à combien de moles correspond 100,00g.

|\displaystyle \frac{16,05g}{1mol}=\frac{100,00g}{?}|
|? = 6,23mol|
 
Comme on sait que la réaction dégage 890kJ pour 1 mole de |CH_{4}|, un deuxième produit croisé nous permet de trouver combien d'énergie est dégagée pour 6,23mol.

|\displaystyle \frac{890kJ}{1mol}=\frac{?}{6,23mol}|
|? = 5544,7 kJ|

Donc, la combustion complète de 100,00g de méthane dégage 5544,7 kJ.

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