Chapitre 4 Flashcards
Les transformations de la matière : physique
Transformation physique
- modifie pas la nature de la matière
- ne modifie pas les propriétés caractéristiques de la matière
- atomes et molécules ne changent pas
- forme ou phase modifiée
- souvent réversible
Les transformations de la matière : chimique
Transformation chimique
- modifie pas la nature des atomes
- modifie la nature de la matière
- modifie les propriétés caractéristiques de la matière
- implique réarrangement des liaisons entre atomes
- formation de nouvelles molécules
- souvent irréversible
Les transformations de la matière : nucléaire
- implique réarrangement des particules du noyau des atomes
- formation de nouveaux éléments
Les transformations chimiques ou réaction chimique
liaisons chimiques entre atomes des réactifs se brisent + nouvelles liaisons formées
→ nouvelles substances (produit) avec propriétés caractéristiques différentes des réactifs
Processus non instantané
→ réactifs disparaissent progressivement pour laisser place aux produits
Indices pour reconnaître une transformation chimique :
- dégagement d’un gaz
- dégagement de chaleur ou absorption de chaleur
- dégagement de lumière
- changement de couleur
- formation d’un précipité
Équation chimique + interprétation
- indiquer état physique ( ) en indice à droite
- (s) = solide, (l) = liquide, (g) = gazeux, (aq) = aqueux (dissous dans l’eau)
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Le méthane réagit avec le dioxygène pour former du dioxyde de carbone et de l’eau
Loi de la conservation de la masse
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »
- masse totale des réactifs toujours égale à masse totale des produits
- aucune modification de la nature des atomes, seulement les liaisons entre les atomes changent
Balancement des équations chimiques
Placer coefficients devant certains réactifs et produits pour que le nombre d’atomes de chaque éléments des réactifs soit égal au nombre d’atomes de chaque élément des produits → respect de la loi de la conservation de la masse
Règles à respecter :
- coefficients = NB entier
- coefficients plus petits possible
- jamais ajouter ou enlever des substances
- jamais modifier les indices des formules chimiques
- toujours vérifier le résultat en réalisant le bilan du NB d’atomes de chaque éléments des réactifs et des produits
*PRATIQUE
Stoechiométrie
Étude des quantités de réactifs nécessaires pour réaliser une réaction chimique et des quantités de produits qui seront formées en utilisant la mole
2 H2(g) + O2(g) ➞ 2 H2O(l)
2 molécules de dihydrogène réagissent avec 1 molécule de dioxygène pour former 2 molécules d’eau.
2 moles de molécules de dihydrogène réagissent avec 1 mole de molécules de dioxygène pour former 2 moles de molécules d’eau.
4 moles de molécules de dihydrogène réagissent avec 2 moles de molécules de dioxygène pour former 4 moles de molécules d’eau.
*PRATIQUE
Synthèse
Synthèse
- 2 ou + réactifs simples se combinent pour former un nouveau produit + complexe
- formule : A + B → AB
- Ex : synthèse du dioxyde d’azote : N2(g) + 2O2(G0 → 2NO2(g) ou photosynthèse (synthèse du glucose)
*peut être jumelé à une autre transformation chimique (combustion, oxydation…)
Indice :
- + réactifs que produits
- réactifs = subs simples, produits = subs complexe
Précipitation
- quand mélange de 2 solutions → formation substance peu (peu de précipité) ou pas (bcp de précipité) soluble → solide appelé précipité
- prédire formation de précipité ou non à l’aide d’un tableau indiquant solubilité de différents composés ioniques (liaison ionique → transfert d’électrons)
- ex : NaCl + AgNO3 → ?
1- Déterminer les charges des éléments/composés : Na+, Cl-, Ag+, (NO3)-
2- Déterminer lesquels sont plus aptes à réagir avec lequel : NaNO3, AgCl
3- Déterminer la solubilité des composés avec le tableau : NaNO3 = soluble , AgCl = peu ou pas soluble
→ précipité = AgCl(s)
⇒ NaCl(aq) + AgNO3 → AgCl(s) + NaNO3(aq)
Indices :
- 1 produits = solide
- autres subs = solution aqueuse
Décomposition
Décomposition
- composé complexe se sépare en 2 ou + composés ou éléments simples
- formule : AB → A + B
- réaction inverse de la synthèse
- Ex : électrolyse de l’eau : 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) ou respiration cellulaire
Indice :
- + produits que réactifs
- réactifs = subs complexe, produits = subs simples
Neutralisation acidobasique
- réaction où acide + base → sel + H2O
- équation : Acide(aq) + Base(aq) ➞ Sel(aq) + Eau(l)
- autant H+ de acide que OH- de base → H2O → neutre, pH 7
→ acide neutralise base ou base neutralise acide - quand NB H+ et OH- différents, réaction de neutralisation incomplète
→ pH dépend de concentration du réactif en surplus
1- Déterminer la charges des ions des réactifs
2- Combiner ion métallique de base avec ion non-métallique de acide → molécule neutre
3- Combiner H+ de acide et OH- de base pour former H2O (eau)
4- Balancer équation chimique
Indices :
- acide + base = réactifs, sel + eau = produits
- antiacide → base neutralisant surplus d’acide pour soulager brûlure estomac
Oxydation :
Oxydation :
- réaction avec oxygène de l’air ou avec une substance ayant propriétés semblables
- composé + 1 ou plusieurs atomes oxygène (O2) –> oxyde
- oxydation substances, métaux, aliments
- conditions favorisent oxydation : humidité dans l’air accélère formation de rouille → oxydation du fer
- lumière accélère oxydation huile → change goût + non-consommable
- procédés/substances pour lutter contre oxydation : galvanisation → protège matériaux contenant fer de la rouille en les immergeant dans du zinc
- antioxydant = agents de conservation ajoutés aux aliments pour prolonger durée de conservation
Indices :
- présence agent oxydant dans réactifs : dioxygène (O2), ozone (O3), chlore (Cl)
Électrolyse :
Électrolyse :
- exploite principe conductibilité électrique → transformation chimique contrôlée
- courant électrique utilisé → réaction chimique non spontanée → décomposition chimique en ions + et - d’une solution électrolytique
- anode + cathode placée dans solution → courant électrique → anion vers anode + cation vers cathode
Combustion :
- forme d’oxydation libérant bcp d’énergie
- libère CO2 + H2O
- ex : bois qui brûle, oxydation fer, respiration cellulaire
- 3 conditions nécessaires pour combustion : présence combustible, présence comburant, atteinte de la température d’ignition :
Comburant :
-substance avec capacité de faire réagir un combustible
-dioxygène = comburant ++ répandu sur Terre
Combustible :
substance avec capacité de s’oxyder en libérant bcp d’énergie
- bois +propane + alcool + charbon + essence + méthane
Température d’ignition :
température permettant de fournir l’énergie nécessaire pour amorcer la combustion
-diffère d’un combustible à l’autre
-étincelle/courant électrique/chaleur aide à atteindre la température d’ignition
→ triangle du feu
3 types de combustion :
Vive :
- libère bcp d’énergie, principalement indices sous forme de chaleur + lumière
- court lapse de temps
- ex : feu de bois, bougie, explosion contrôlée de essence dans moteur
Spontané :
- combustion vive dont combustible atteint température d’ignition sans apport d’énergie extérieur
- souvent imprévisible → catastrophe
- mène souvent à réaction vive
- ex : feu de forêt → sol sec + bois s’enflamme avec chaleur ambiante
Lente :
- combustion sur très longue période de temps sans production de flamme
- énergie libérée semble moins considérable mais dissipée graduellement dans l’environnement avec le temps
- ex : décomposition, fermentation, respiration cellulaire, corrosion des métaux (rouille)
Respiration cellulaire :
Respiration cellulaire :
- combustion lente, oxydation, décomposition
- réaction exothermique
- pratiquée par cellule de la majorité des êtres vivants
- transformation chimique utilisant glucose + dioxygène pour dégager de l’énergie, dioxyde de carbone et eau
- C6H12O6(s) + 6 O2(g)➞ 6 CO2(g)+ 6 H2O(l) + Énergie
(glucose) (dioxygène) (dioxyde de carbone) (eau)
Réactif :
- glucose → aliments ingérés
- dioxygène → air inspiré
Produits :
- dioxyde de carbone → rejeté dans atmosphère
- énergie → permet humain 37 degrés + permet cellules effectuer tâches essentielles pour bon fonctionnement de l’organisme
Photosynthèse :
Photosynthèse :
- réaction inverse de respiration cellulaire
- synthèse
- réaction endothermique
- permet cellules végétales utiliser énergie solaire, dioxyde de carbone, eau pour produire glucose et dioxygène
- libère dioxygène → essentielle maintien du taux d’oxygène dans l’air + diminue quantité de gaz à effet de serre en transformant CO2 en O2
- 6 CO2(g)+ 6 H2O(l) + Énergie solaire ➞ C6H12O6(s) + 6 O2(g)
(dioxyde de carbone) + (eau) ➞ (glucose) +(dioxygène)
- végétaux capable photosynthèse forment base de toutes les chaînes alimentaires → des producteurs → utilisent énergie solaire pour produire matière organique nécessaire aux autres êtres vivants
Transformation nucléaire et Stabilité nucléaire :
Transformation nucléaire
- noyau de l’atome → modification NB nucléons (protons + neutrons) → changer nature élément
- certaines exothermiques = bcp énergie
Stabilité nucléaire :
- dans noyau : proton = charge positive → force de répulsion
- noyau = pas de charge électrique
- force nucléaire = force d’attraction responsable cohésion noyau de atome entre nucléons seulement sur très courtes distances
→ stabilité nucléaire = force nucléaire plus forte que force de répulsion des protons qui maintient particules du noyau ensemble (équilibre NB protons + neutrons)
- dépend taille + NB neutrons
- normalement : force nucléaire ++ grande que force répulsion
→ Mais agit seulement sur très courtes distances
⇒ + noyau gros (bcp protons, N atomique, masse), + lourd, + force répulsion grande, + force nucléaire difficulté compenser pour forces de répulsion, - efficace
→ atomes plus grande que N 83 (bismuth) = instables → tendance à se désintégrer en 1 ou plusieurs atomes d’éléments plus petits pour devenir stable
Isotopes radioactif :
- isotope avec noyau instable
- pas même stabilité nucléaire (stable/instable)
- neutrons jouent rôle dans stabilité noyau des atomes → NB neutrons distinguer différents isotopes d’un élément à
- isotopes instables tout le long de courbe (pour tous les éléments)
Radioactivité
Radioactivité
- transformation nucléaire naturellement
→ propriété des atomes instables
- processus naturel où atome instable se transforme spontanément en 1 ou plusieurs atomes + stables en émettant énergie sous forme rayon
- rayons émis par radioactivité capable arracher électrons aux atomes qu’ils rencontrent → formation nouvelle substance
- irradiation = exposition aux rayons radioactifs → utile : améliorer qualité de certains matériaux (inclure substances qui durcissent sous rayons radioactifs), augmenter durée conservation des aliments
- exposition rayons radioactif néfaste pour êtres vivants → modifier ADN des cellules → développement cellules cancéreuses
→ appel à radiothérapie pour les tuer
- processus spontané + aléatoire : pas prévoir quel atomes se désintégreront + quel moment
- prévoir temps nécessaire pour moitié atomes d’un échantillon de matière radioactive se transforment
→ Temps de demi-vie : temps nécessaire à la désintégration de moitié noyau d’un échantillon matière radioactive ( fonction inverse)
- + temps demi-vie élevé → + attendre longtemps avant éliminer de environnement
- temps demi vie court pour isotope très instable
- temps demi vie long pour isotope plus stable
Types de rayonnement : alpha
Rayon alpha (α) :
- noyau hélium très énergétique : 2 neutrons, 2 protons, charge 2+
- 4/2 He2+, 4/2He, a, 4/2a
-émis lorsqu’un noyau instable trop gros se dégrade en noyau + léger
- A/Z E → A-4/Z-2 E + 4/2a + Énergie
- attiré vers borne négative → constitué particules positives
- relativement gros + massif → feuille de papier suffit pour arrêter → peu pénétrant
Changement :
- atome trop gros perd 2 neutrons et 2 protons
- numéro atomique Z diminue 2
- nombre de masse A diminue 4
- atome produit = + léger, stable → ratio + favorable entre NB protons + neutrons
Type de rayonnement : bêta
Rayons bêta (β) :
- très légère + très énergétique
- positive/négative
- positive = positon, négative = électron
- e-, B, B-, 0/-1 B
- émis lorsque atome léger trop de neutrons → noyau se dégrade en transformant 1 neutron en proton → libère particule B (neutron formé proton + B-)
- A/Z E → A/Z+1 X + 0/-1 B + énergie
- attiré vers borne positive → constitué particules négatives
- + léger que alpha → pouvoir de pénétration + grand→ moyen → utiliser feuille métallique >3mm
Changements :
- atome instable perd 1 neutron + gagne 1 proton
- numéro atomique Z augmente 1
- nombre de nasse A inchangé
- atome produit presque même masse de départ mais + stable → ration plus favorable entre NB protons et neutrons
Type de rayonnement : gamma
Rayon gamma (γ) :
- rayonnement électromagnétique très énergétique + pas de masse
- y, 0/0 y
- accompagne réactions dégradation par rayonnement a ou B
- ou produit quand atome très énergétique perd énergie (durant réaction nucléaire/noyau fils) → État excité à état fondamental
-
- A/Z E → A/Z E + 0/0 y
- atome aucun changement : NB protons, électrons, neutrons mêmes
- perd seulement énergie sous forme rayonnement y
- pas attiré par quelconque champ électrique → neutre
- pas constitué de particules, masse, physique→ seulement énergie
- ++ pénétrant → arrêter avec matériau de très haute densité (plomb/béton)
- traverse facilement corps humain
Type de transformations nucléaires
- provoquer artificiellement
- necessite grande quantités d’énergie
- en bombardant noyaux atomiques avec particules ou noyaux déplaçant à très grande vitesse
- produit de nouveaux atomes
- some NB protons + neutrons = de part et d’autre de l’équation
Fission nucléaire
- réaction nucléaire où briser noyau gros atome pour former 2 ou plusieurs noyaux d’atomes + légers
- besoin 1 neutron apport extérieur
- fission nucléaire uranium 235 libère 3 neutrons qui peuvent aussi bombarder d’autre noyaux d’uranium → réaction en chaîne
- si pas contrôlé : explosion nucléaire → déchets radioactifs
- si contrôlé = ralentir neutrons émis par fission
→ potentiel énergétique pour produire électricité
Fusion nucléaire
- principale source énergie étoiles
- réaction nucléaire ou 2 petits noyaux fusionnent pour former 1 noyau plus lourd
- commencé + maintenue grâce à température très élevée (millions degrés celsius) → + difficile à reproduire
- 2 conditions : bcp quantité particules + mouvement cinétique (énergie) = + bouger, + briser liens
- essaye de reproduire → rendement énergétique > fission nucléaire + engendre moins déchets radioactifs → moins dommageable pour environnement
- forte énergie de répulsion, dégage + énergie que consomme, confiner = condition favorable
Réactions endothermiques et exothermiques
comme énergie thermiques = forme énergie ++ fréquente
→ réaction endothermiques : transformation absorbant énergie
→ énergie exothermiques : transformation dégageant énergie
- énergie dans liaisons chimiques des atomes
- liaison brisée = libération de cette énergie
- énergie dégagée des liaisons des réactifs utilisée pour former liaisons des produits
- énergie emmagasinée dans réactifs pas même que celle emmagasinée dans produits
- briser liaison = absorption énergie, former liaison = dégagement énergie
Endothermiques :
- demande apport constant d’énergie sinon transformation s’arrête
- énergie absorbée provient du milieu environnant → diminution température du milieu
- énergie des réactifs pas assez pour former liaisons produits → chercher énergie extérieure
- réactifs + énergie → produits
- produits ont + énergie que réactifs (énergie réactif + énergie extérieure)
- photosynthèse, évaporation eau, recharge pile, cuisson gâteau
- énergie absorbée par réactifs - énergie dégagée par produits = positif x
→ nécessite x kJ d’énergie
Exothermiques :
- besoin d’énergie que pour être amorcé→ se poursuivent d’elles-même + approvisionnement de l’énergie qu’elle dégage
→ aucune énergie supplémentaire nécessaire - peut servir de source énergie pour amorcer d’autres réactions
- énergie dégagée absorbée par milieu environnant → augmentation température du milieu
- énergie des réactifs forment produits + excès d’énergie des réactifs (dégagement souvent chaleur/lumière, électricité)
- Réactifs → produits + énergie
- réactifs ont + énergie que produits (assez pour former produits + en dégager)
- respiration cellulaire, feu de bois, formation de la rouille, sac chauffant, combustion
- énergie absorbée par réactifs - énergie dégagée par produits = négatif x
→ x est la quantité d’énergie dégagée par transformation
→ négatif indique que dégage + énergie qu’elle en absorbe
Conclusion Endo + Exo
⇒ distinguer endo + exo selon variation température avant + après réaction
⇒ distinguer : somme énergie absorbée + énergie dégagée = bilan énergétique
⇒ énergie nécessaire pour briser une liaison = celle libérée lors formation même liaison → diffère d’une liaison à l’autre
→ Ea + Eb = Ec + Ed → conservation de l’énergie
