Chapitre 4

Réactions endothermiques et exothermiques

L’ÉnergieC’est la capacité à

Effectuer un travail Provoquer un changement

Unité de mesure: le joule (J)

Types d’énergie:

Énergie potentielle

Énergie cinétique

Énergie de réserve

Énergie chimique • Emmagasinée dans

les molécules

Énergie associée au mouvement

Énergie thermique

Loi de la conservation de l’énergieL’énergie ne peut être ni crée, ni détruite.Elle peut être:

• Transformée (passe d’une forme à une autre)

• Transférée (passe d’un milieu à un autre)

Un transfert d’énergie s’accompagne généralement d’une transformation d’énergie.

Chaleur et températureTempérature: • Dépend de la vitesse des particules.• C’est la mesure de leur degré d’agitation.• Se mesure en oC.

Chaleur (Q):• Dépend à la fois de la vitesse des

particules et de la quantité de matière.• Se mesure en Joules (J).

Chaleur absorbée ou dégagée par une substance:

Q = mc∆TOù:

• Q = chaleur absorbée ou dégagée• m = masse de la substance• c = capacité thermique massique• ∆T = variation de température en oC (T2 –

T1)

Si Q est positif: l’énergie est absorbéeSi Q est négatif: l’énergie est dégagée

Capacité thermique massique (c):

Quantité d’énergie nécessaire pour que 1 g de substance augmente de 1oC.

Unité de mesure: J/goC

Capacité thermique massique de l’eau: ceau = 4,19 J/goC

Transformations et absorption ou dégagement d’énergie

Réaction endothermique: Absorbe de l’énergie Requiert un apport constant d’énergie

Réaction exothermique: Dégage de l’énergie Peut nécessiter une amorce (énergie

d’activation)

Équation thermique Réaction endothermique: l’énergie est

placée avec les réactifs

• Ex.: N2(g) + 2O2(g) + 66,4 kJ → 2 NO2(g)

Réaction exothermique: l’énergie est placée avec les produits:

• Ex.: N2(g) + 3H2(g) → 2 NH3(g) + 92,2 kJ

Dans une équation thermique, la quantité d’énergie est proportionnelle à la quantité de substance (masse ou nombre de moles).

Exemple:Soit la réaction suivante:CO2(g) + 393,5 kJ → C(s) + O2(g)

Si la réaction a absorbé 200 kJ, quelle masse de carbone a été produite?

É : C(s)

393,5 kJ 1 mol 12,01 g200 kJ x

= 6,10 g

Enthalpie (H): énergie interne contenue dans les molécules ou les atomes.

Énergie cinétique: Mouvement des électrons dans l’atome Mouvements des molécules

Énergie potentielle Force d’attraction entre les électrons et le noyau Force d’attraction entre les atomes d’une molécule Force d’attraction entre les molécules Force de cohésion dans le noyau des atomes

L’enthalpie étant très difficile à mesurer, on mesure plutôt la variation de l’enthalpie lors d’une transformation physique ou chimique.

Variation d’enthalpie (ΔH): énergie absorbée ou dégagée par une réaction. Elle correspond à la chaleur de réaction (Q).

ΔH = Hp - Hr

Enthalpie en fonction de la progression de la réaction

L’enthalpie étant propre à chaque substance, les réactifs et les produits ne possèdent habituellement pas la même enthalpie.

Réaction exothermiqueUne partie de l’énergie interne des molécules est transformée en énergie thermique qui est libérée dans le milieu.

Hp - Hr = - Énergie

2 façons de représenter la réaction:

Réactifs Produits + Énergie

Réactifs Produits ΔH = -Énergie

Réaction endothermiqueLes réactifs absorbent l’énergie thermique du milieu pour la transformer en énergie chimique.

Hp - Hr = + Énergie

2 façons de représenter la réaction:

Réactifs + Énergie Produits

Réactifs Produits ΔH = +Énergie

Chaleur molaire de réaction Quantité d’énergie absorbée ou

dégagée par la transformation d’une mole d’un réactif ou la formation d’une mole de produit.

Elle se mesure en kJ/mol

Exemple:si: 2 H2(g) + O2(g) 2H2O(g) + 483,6 kJ

alors: ΔH = - 483,6 kJ ou ΔH = - 241,8 kJ/mol

Chaleur massique de réaction Quantité d’énergie absorbée ou

dégagée par la transformation d’un gramme d’un réactif ou la formation d’un gramme de produit.

Elle se mesure en kJ/g

Bilan énergétique d’une transformation

Pour qu’une réaction chimique puisse s’effectuer, il faut que:

Les liaisons chimiques des réactifs se brisent

De nouvelles liaisons chimiques se forment

Le bris de liens nécessite toujours de l’énergie (énergie positive) et leur formation s’accompagne toujours d’un dégagement d’énergie (énergie négative).

Le bilan énergétique est l’ensemble des opérations qui permettent de calculer la somme de l’énergie absorbée lors du bris des liaisons et de l’énergie dégagée lors de la formation des nouveaux liens.

Limites: ne tient pas compte de l’énergie nécessaire pour briser les liens entre les molécules d’un solide ou d’un liquide.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2OC H H H H + O O O O → O-C-O + H-O-H + H-O-H

Le diagramme énergétique représente les différents niveaux d’énergie des substances présentes en fonction de la progression de la réaction

Complexe activé État de transition très énergétique qui se

forme lors de la transformation des réactifs en produits (substance intermédiaire). Il est très instable et se transforme rapidement en produits.

Énergie d’activation Énergie minimale qu’il faut fournir pour

amorcer la réaction. C’est l’énergie nécessaire pour briser les liens.