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Publié : 10 mars 2009

Chimie en classe de quatrième

Chapitre 5 : Les atomes pour comprendre la transformation chimique

Chapitre 5 : Les atomes pour comprendre la transformation chimique

1. Approche

Le tableau suivant synthétise ce que nous avons vu dans le chapitre 4 en ce qui concerne les combustions complètes :
Tableau 1 : Synthèse du chapitre 4
Combustion complète du
Réactifs
Produits
carbone
carbone et
dioxygène
en quantité suffisante
dioxyde de carbone
méthane
méthane et
dioxygène
en quantité suffisante
eau et
dioxyde de carbone
butane
butane et
dioxygène
en quantité suffisante
eau et
dioxyde de carbone

2. Notion d'atome

Lors des combustions, la disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits correspondent à un réarrangement d'atomes au sein de nouvelles molécules. L'atome est la plus petite espèce chimique constituant la matière. A chaque atome correspond un élément chimique. Le mot atome vient du grec atomos qui signifie insécable (qu'on ne peut pas couper). Actuellement, on sait qu'il existe des particules subatomiques (protons, neutrons, électrons...). Les atomes de chaque élément chimique sont représentés à l'aide d'un symbole chimique. Tous les atomes connus sont regroupés dans la classification périodique ou tableau de Mendeleïev (voir annexe). Ce symbole chimique est souvent composé d'une lettre majuscule qui correspond à la première lettre du nom de l'élément chimique.

Exemples :
  • Oxygène : O
  • Carbone : C
  • Hydrogène : H
  • Potassium : K (du latin Kalium)
  • Azote (Nitrogène) : N (de l'anglais Nitrogen)

Parfois ce symbole chimique est composé de deux ou trois lettres. Dans ce cas, la première lettre est écrite en majuscule et les lettres suivantes sont écrites en minuscule.

Exemples :
  • Fer : Fe
  • Cuivre : Cu
  • Chlore : Cl
  • Sodium : Na (du latin Natrium)
  • Or : Au (du latin Aurum)
3. Notion de molécule

Une molécule est un édifice constitué de deux ou plusieurs atomes liés entre eux. C'est donc un assemblage d'atomes. Le mot molécule vient du latin molecula qui désigne un grain de matière. Pour symboliser une molécule, on écrit sa formule chimique à l'aide des symboles des atomes qui composent cette molécule. On précise en indice après le symbole de chaque atome le nombre d'atomes de ce type présent dans la molécule.

Quelques petites molécules


Tableau 2 : Carte d'identité de la molécule d'eau
Nom
Formule chimique
Composition
Modèle
Eau
H2O
2 atomes d'hydrogène et
1 atome d'oxygène

Tableau 3 : Carte d'identité de la molécule de dioxygène
Nom
Formule chimique
Composition
Modèle
Dioxygène
O2
2 atomes d'oxygène

Tableau 4 : Carte d'identité de la molécule de dioxyde de carbone
Nom
Formule chimique
Composition
Modèle
Dioxyde
de carbone
CO2
1 atome de carbone
et 2 atomes d'oxygène

Tableau 5 : Carte d'identité de la molécule de méthane
Nom
Formule chimique
Composition
Modèle
Méthane
CH4
1 atome de carbone
et 4 atomes d'hydrogène

Tableau 6 : Carte d'identité de la molécule de butane
Nom
Formule chimique
Composition
Modèle
Butane
C4H10
4 atomes de carbone
et 10 atomes d'hydrogène

4. L'équation de la réaction pour modéliser la transformation chimique

4.1 Combustion complète du carbone

Dans le chapitre 4, nous avons utilisé les noms des composés chimiques pour modéliser la transformation chimique en écrivant l'équation de la réaction correspondante. Cette équation de réaction précise le sens de la transformation. En ce qui concerne la combustion complète du carbone, nous avions écrit :

Carbone + Dioxygène Dioxyde de carbone

En utilisant les notations chimiques, l'équation de la combustion complète du carbone s'écrit :

C + O2 CO2

Faisons l'inventaire des atomes de chaque type présents dans les réactifs et dans le produit de la transformation.

Tableau 7 : Inventaire n°1 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans le produit
C
1
1
O
2
2

A retenir : Les atomes présents dans les produits formés sont de même nature et en même nombre que ceux présents dans les réactifs.

4.2 Combustion complète du méthane

En ce qui concerne la combustion complète du méthane, nous avions écrit :

Méthane + Dioxygène Dioxyde de carbone + eau

En utilisant les notations chimiques, l'équation de la combustion complète du méthane s'écrit :
CH4 + O2 CO2 + H2O

Tableau 8 : Inventaire n°2 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans les produits
C
1
1
H
4
2
O
2
3

Il faut donc équilibrer cette équation afin qu'elle rende compte quantitativement de la transformation :
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Tableau 9 : Inventaire n°3 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans les produits
C
1
1
H
4
4
O
4
4


4.3 Combustion complète du butane
En ce qui concerne la combustion complète du butane, nous avions écrit :

Butane + Dioxygène Dioxyde de carbone + eau

En utilisant les notations chimiques, l'équation de la combustion complète du butane s'écrit :
C4H10 + O2 CO2 + H2O

Tableau 10 : Inventaire n°4 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans les produits
C
4
1
H
10
2
O
2
3

Il faut donc équilibrer cette équation afin qu'elle rende compte quantitativement de la transformation :

C4H10 + 13/2O2 4CO2 + 5H2O

Tableau 11 : Inventaire n°5 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans les produits
C
4
4
H
10
10
O
13
13

Bien que cette équation soit équilibrée au sens mathématique du terme, cette écriture n'est pas physiquement acceptable. En effet, il n'est pas possible de concevoir 13/2=6,5 molécules. Il convient alors de multiplier tous les coefficients stœchiométriques par le dénominateur de la fraction 13/2 c'est à dire par 2. Nous obtenons alors l'équation :
2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O

Tableau 12 : Inventaire n°6 des atomes mis en jeu
Atome
Nombre d'atome(s)
dans les réactifs
Nombre d'atome(s)
dans les produits
C
8
8
H
20
20
O
26
26