1. Changement d’état physique

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I. LES DIFFERENTS TYPES DE TRANSFORMATIONS

Exemples :

1. Lors de la solidification de l’eau, les molécules d’eau se rapprochent pour devenir un milieu compact et ordonné : c’est une transformation ………

2. La réaction entre un métal et de l’acide produit un dégagement gazeux et la disparition du métal : c’est une transformation ………

3. Le projet ITER utilise la fusion de 2 noyaux d’atomes en un seul : c’est une transformation ………

II. MODELISATION DES TRANSFORMATIONS PHYSIQUES

1. Changement d’état physique

La matière qui nous entoure peut se trouver sous trois états physiques différents : ……….

Au niveau microscopique, lors d’un changement d’état physique, l’agitation des entités est modifiée jusqu’à ce que les liaisons entre les particules s’affaiblissent, se cassent ou se créent.

Lors d’un changement d’état physique, les propriétés de la matière changent et l’arrangement spatial des

……… ……… est modifié.

La matière peut se transformer selon trois processus :

- La transformation ……… : seul l’arrangement spatial des entités chimique est modifié - La transformation ……… : les entités chimiques sont modifiées

- La transformation ……… : les noyaux des entités chimiques sont modifiés

TRANSFORMATION DE LA MATIERE – TRANSFERT D’ENERGIE CHAPITRE 12

Cours

MODELISATION DES TRANSFORMATIONS DE LA MATIERE

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Les différents changements d’état portent des noms distincts :

2. Equation d’un changement d’état

L’équation d’un changement d’état est l’écriture symbolique, à l’échelle macroscopique, de la transformation physique d’une espèce

Exemple : pour la fusion de l’eau :

3. Dissolution

Lors d’une dissolution, les particules d’un solide sont séparées de leur voisin par un solvant. Elles se retrouvent alors dispersées dans ce nouveau milieu.

Pour modéliser le changement d’état physique de l’espèce chimique A on écrit :

Les changements d’état d’un corps pur s’effectuent à température ……… sous une pression donnée. Les deux états coexistent lors du changement d’état

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III. MODELISATION DES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES

1. État d'un système chimique

Un système chimique est un mélange d'espèces chimiques pris dans des conditions de température et de pression précises, dont les éventuelles modifications au cours du temps sont étudiées par le chimiste. Pour décrire l'état d'un système chimique, il faut indiquer :

- Les conditions de température T et de pression P du système, - La nature de chaque espèce chimique présente dans le système,

- Leur état physique : solide (…), liquide (…), gazeux (…) ou dissous en solution aqueuse (…) - La quantité de matière de chaque espèce chimique (quand on la connait).

2. Évolution d'un système chimique

▪ Les espèces chimiques qui sont consommées et dont la quantité de matière diminue au cours d'une transformation chimique sont appelées ………

▪ Les espèces chimiques qui apparaissent et dont la quantité de matière augmente au cours d'une transformation chimique sont appelées ………

▪ Les espèces chimiques dont la quantité de varie pas au cours d'une transformation chimique sont dites

………

Exemple : Combustion d’un morceau de charbon (carbone) dans l'air :

À la fin de la transformation, le carbone a été totalement consommé et une partie seulement du dioxygène de l'air a aussi été consommé : ce sont les ………... Il apparaît du dioxyde de carbone : c'est un ……….. de la transformation chimique.

Le diazote lui est ici en quantité constante : c'est une espèce chimique ……… de la transformation.

3. Equation d’une transformation chimique

L'équation chimique (ou équation de réaction) est l'écriture ………. à l'échelle macroscopique de la réaction chimique. L'écriture d'une équation obéit à des règles qu'il faut scrupuleusement respecter :

État initial (EI) Pi = 1 bar

Ti = 20 °C • Carbone : C(s) • Dioxygène : O2(g) • Diazote : N2(g)

État final (EF) Pf = 1 bar

Tf > 20 °C •

• •

Une transformation chimique est le passage d’un système chimique d’un état ……… (EI) à un état

……… (EF) avec formation de nouvelles espèces chimiques

Une transformation chimique est le résultat d'une réaction chimique que l'on peut représenter de manière générale par le schéma suivant : ………

→

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METHODE

1) Écrire les formules brutes des réactifs à gauche et des produits à droite de la flèche symbolisant la transformation, en précisant entre parenthèse et en indice leur état physique

2) Compter tous les éléments de part et d'autre de la flèche. S'il y a le même nombre d'éléments des deux côtés pour tous les éléments présents, alors la conservation des éléments est vérifiée. Sinon, faire précéder les formules brutes du nombre stœchiométrique adapté pour vérifier la conservation des éléments

3) Faire de même pour la conservation de la charge électrique

Remarques :

▪ Tous les éléments chimiques présents dans les réactifs doivent être présents dans les produits : il ne doit pas y en avoir de nouveau, il ne doit pas en disparaître

▪ Pour équilibrer commencer par l’élément carbone, puis hydrogène et enfin oxygène

Application : Lors d'un effort intense, le glucose 𝐶₆𝐻₁₂𝑂₆(𝑎𝑞) emmagasiné dans le corps est dégradé par le

dioxygène 𝑂₂(𝑔) de l'air inspiré pour former du dioxyde de carbone 𝐶𝑂₂(𝑔) et de l'eau 𝐻₂𝑂(𝑔). Donner l’équation de réaction.

4. Bilan de matière et réactif limitant

Exemple : pour la combustion du méthane

𝐶𝐻₄(𝑔) + 2𝑂₂(𝑔) → 𝐶𝑂₂(𝑔) + 2 𝐻₂𝑂(𝑔)

… mole de 𝐶𝐻₄(𝑔) réagit avec … moles de 𝑂₂(𝑔) pour former … mole de 𝐶𝑂₂(𝑔) et … moles de 𝐻₂𝑂(𝑔).

La quantité de méthane qui réagit 𝑛(𝐶𝐻₄) est égale à la moitié de la quantité de dioxygène qui réagit 𝑛(𝑂₂) soit : 𝑛(𝐶𝐻₄)

1 =

L'équation d'une réaction chimique indique les proportions dans lesquelles les réactifs disparaissent et les produits se forment. Elle traduit alors un bilan de ………

✓ Lors d’une transformation chimique totale l’un au moins des réactifs est entièrement consommé : c’est le ……… ………. Le réactif limitant est responsable de ……… de la réaction

✓ Si tous les réactifs sont entièrement consommés, ils ont été mélangés dans les ………

……… : le mélange est dit stœchiométrique

✓ Les espèces chimiques mises en jeu (réactifs et produits) sont représentées par leur formule …………

et ne peuvent en aucun cas être ……… On précise aussi en indice et entre parenthèse,

……… ………

✓ L'équation chimique doit traduire la ……… des éléments et de la charge électrique globale : le nombre d'atome de la même nature doit être ……… au début et à la fin de la réaction ; il en va de même pour la charge électrique globale des réactifs et des produits. On utilise pour cela des ……… ………, placés devant la formule brute de chaque espèce chimique mise en jeu.

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Exemple : Pour la combustion complète du méthane

IV. MODELISATION D’UNE TRANSFORMATION NUCLEAIRE

1. Elément chimique et isotopes

▪ Un élément chimique est caractérisé par son ……….

▪ L’écriture conventionnelle du noyau d’un atome de symbole X est :

Exemple : ₃⁶Li et ₃⁷Li sont deux atomes isotopes.

▪ Les atomes isotopes portent le nom de l’élément chimique auquel ils appartiennent, suivi de leur nombre de nucléons …

Deux isotopes ont le même ………, mais des nombres de ……… différents.

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2. La transformation nucléaire

Exemple : Le noyau d’un atome de plutonium 238, d’écriture conventionnelle

94𝑃𝑢

238 , se scinde en deux noyaux : un noyau d’uranium 234 ²³⁴₉₂𝑈 et un noyau d’hélium ₂⁴𝐻𝑒

3. Equation de réaction nucléaire

▪ Une transformation nucléaire est modélisée par une réaction dans laquelle interviennent les particules qui réagissent et les particules formées.

▪ Une particule est caractérisée par son nombre de masse A et son nombre de charge Z.

Symbole de quelques particules :

Exemple :

Désintégration d’un noyau de carbone 14 en un noyau d’azote 14 avec émission d’un électron ₋₁⁰𝑒

Lors d’une transformation nucléaire :

- Un ou plusieurs noyaux réactifs se transforment en de nouveaux ………

- Les entités chimiques ne sont pas ………

- Un ………, dit « gamma » (γ), est émis

L’équation nucléaire traduit la ……… du nombre de masse A et du nombre de charge Z au cours de la transformation.