Types de réactions chimiques

Les types de réactions chimiques sont la classification de la manière dont les substances mélangées réagissent les unes aux autres . Les réactions chimiques se produisent lorsque des produits chimiques entrent en contact (réactifs) et que leurs atomes et liaisons s’organisent en nouvelles substances (produits).

Selon une classification générale des réactions chimiques, trois types sont décrits:

  • Réactions de précipitation.
  • Réactions acide-base ou neutralisation.
  • Réactions d’oxydoréduction.

Réactions de précipitation

Lorsque deux solutions sont mélangées et qu’un composé solide insoluble dans l’eau se forme, qui tombe ou “précipite”, on est en présence d’une réaction de précipitation . Le solide formé est appelé un précipité .

Lorsque le chromate de potassium et le nitrate de baryum se dissolvent dans l’eau, les deux composés se séparent en leurs ions composants:

gras K indice gras 2 gras CrO indice gras 4 gras entre parenthèses gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras 2 gras K indice gras gauche parenthèse gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras gras gras plus gras indice Cr gauche gras ac gras entre parenthèses droite fin indice exposant gras 2 gras moins fin exposant gras Ba gras parenthèse gauche gras PAS d'indice gras 3 gras parenthèse droite gras indice 2 gras parenthèse gauche gras un gras parenthèse droite fin indice gras crochets gauche indice flèche gauche indice gras ac gras droite parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant grasgras 2 gras AUCUN indice gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins

En solution aqueuse (aq), lorsque l’ion baryum Ba2 + rencontre l’ion chromate CrO2-4, il se forme un ou des chromates solides de baryum qui ne sont pas solubles dans l’eau:

gras CrO indice gras 4 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras moins fin exposant gras plus gras Ba indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant gras 2 gras plus fin exposant flèche droite gras 4 gras gauche parenthèse gras s gras droite parenthèse fin indice

L’équation générale de cette réaction de précipitation utilisant la formule des réactifs et des produits est:

gras K indice gras 2 gras indice CrO gras 4 gras entre parenthèses gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras Ba gras parenthèse gauche gras PAS d'indice gras 3 gras parenthèse droite gras indice gras 2 gras parenthèse droite flèche gauche gras crochet ac droit gras indice BaCrO gras 4 gras entre parenthèses gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 2 gras indice KNO gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice

Règles de formation des précipités

Pour prédire l’identité et la formation du produit solide, nous devons suivre certaines règles:

  • Le composé solide doit avoir une charge nulle . Par conséquent, deux anions ou ions chargés négativement ne peuvent pas se combiner, ainsi que deux cations ou ions chargés positivement.
  • Pour que le composé ne soit pas chargé, un cation et un anion doivent se combiner pour compenser leurs charges l’une contre l’autre.
  • La plupart des sels de nitrate de NO3 sont solubles.
  • La plupart des sels contenant des ions de métaux alcalins (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) et l’ion ammonium (NH + 4) sont solubles.
  • La plupart des sels contenant du chlore, du brome ou de l’iode sont solubles, sauf lorsque l’argent Ag +, le plomb Pb2 + et le mercure Hg 2+ sont présents.
  • La plupart des sels de sulfate de SO42 sont solubles, à l’exception du sulfate de baryum BaSO42-, du sulfate de plomb PbSO42-, du sulfate de mercure Hg2 SO42- et du sulfate de calcium CaSO42-.
  • Les hydroxydes solubles sont l’hydroxyde de sodium NaOH et l’hydroxyde de potassium KOH. Les composés modérément solubles sont l’hydroxyde de baryum Ba (OH) 2, l’hydroxyde de strontium Sr (OH) 2 et l’hydroxyde de calcium Ca (OH) 2.
  • La plupart des sulfures S2 +, carbonates CO32 +, chromates CrO42- et phosphates PO42- sont légèrement solubles, à l’exception des sels avec les ions de la règle 4.

Règles de prédiction de la solubilité des sels Soluble Insoluble

Sels de nitrate.Sulfures S2 +, carbonates CO32 +, chromates CrO42 et phosphates PO42 (sauf avec les ions alcalins et ammonium).
Composés contenant des ions de métaux alcalins (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) et l’ion ammonium (NH + 4)Tous les oxydes (sauf ceux formés avec du Ca, du Ba et des cations de métaux alcalins).
NaOH, KOHBa (OH) 2, Sr (OH) 2 et Ca (OH) 2
Chlorure, bromures et iodures.Chlorures, bromures et iodures avec Ag +, Pb2 + et Hg 2+

Exemple de formation de précipité

Lorsqu’une solution aqueuse de nitrate d’argent est ajoutée à une solution aqueuse de chlorure de potassium, un solide blanc est produit. Les ions suivants se trouvent dans la solution:

gras AgNO indice gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras indice KCl gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras Ag élevé en gras plus gras virgule gras espace gras PAS d'indice gras 3 exposant moins gras virgule bold space bold K élevé en gras plus gras virgule gras Cl élevé en gras moins gras flèche droite gras gras solide gras espace gras blanc gras?

Selon les règles de formation des précipités:

  • le cation argent peut se combiner avec un anion (nitrate ou chlorure), et
  • le cation potassium peut se combiner avec un anion (chlorure ou nitrate).

Les options dont nous disposons sont alors:

  • AgNO3 (présent en solution).
  • AgCl.
  • KCl (présent en solution).
  • KNO3.

Les nouveaux composés sont AgCl et KNO3. En suivant les règles, nous savons que KNO3 est un sel de nitrate d’un métal alcalin, il est donc soluble dans l’eau. Ensuite, le sel de chlorure d’argent est insoluble et est le solide qui précipite que nous voyons dans cette réaction.

gras Ag indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras plus gras espace gras PAS d'indice gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras accolade gauche plus gras K indice gras accolade gauche crochets gras crochets gauche Gras indice indice exposant gras plus gras Cl indice gras gauche parenthèse gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras flèche droite gras AgCl indice gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite gras fin indice gras accolade gras espace gras K ac parenthèse gras parenthèse gauche gras espace droit fin indice exposant gras plus gras PAS d'indice gras 3gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins

Élimination des polluants

L’eau de certaines industries contient des polluants en fortes concentrations, tels que le fer, le chrome, le cadmium, le plomb et l’arsenic, qui sont toxiques pour les êtres vivants.

Par des réactions de précipitation, des sels insolubles peuvent former et piéger ces agents toxiques dans les eaux polluées. Par exemple, l’iodure de sodium est un sel soluble qui agit comme agent précipitant. En présence d’ions argent ou plomb, l’ion iodure forme des sels qui précipitent:

gras Pb indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant gras plus gras espace gras 2 gras NaI indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin gauche indice gras flèche droite gras 2 gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 2 gras Na indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras plus

La réaction de l’ion iode avec le plomb produit un précipité jaune qui sert à détecter la présence de plomb dans les eaux contaminées.

Réactions acide-base

Un acide est une substance qui produit des ions H + lorsqu’elle est dissoute dans l’eau (donneur de protons). Une base est une substance qui produit des ions hydroxyle OH- ou accepte des ions H + lorsqu’elle est dissoute dans l’eau (accepteur de protons).

Les réactions acide-base sont également appelées réactions de neutralisation . Cela signifie que lorsque suffisamment de base est ajoutée pour réagir exactement avec l’acide dans la solution, on dit que l’acide est neutralisé.

Lorsqu’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique (HCl) et une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (NaOH) sont combinées, nous aurons un mélange avec les ions suivants: H +, Cl-, Na + et OH-:

gras indice HCl gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras indice NaOH gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin gras indice gras flèche droite gras H indice gras parenthèse gauche gras ac gras plus exposant droit exposant gras plus exposant droite Cl indice gras gauche parenthèse gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras plus gras Na indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras plus gras plus gras OH indice gras parenthèse gauche gras exposant ac parenthèse droite gras exposant moins

Le chlorure de sodium NaCl est soluble dans l’eau et aucun précipité ne se produit. D’autre part, l’eau H2O n’est pas un électrolyte, donc les ions H + et OH- réagissent pour former de l’eau liquide (l):

gras H indice gras gauche parenthèse gras ac gras droite parenthèse fin indice exposant gras plus gras espace gras OH indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras gauche parenthèse flèche gras H indice gras O parenthèse gauche 2 gras l gras droite parenthèse fin indice

L’ion hydroxyde est une base forte qui accepte H + pour former de l’eau.

Règles de détermination des réactions acido-basiques

  • Identifiez les espèces présentes dans la solution combinée.
  • Lorsque les espèces ioniques produites par la dissolution de substances comprennent des ions H + et OH-, il y aura formation d’eau.

Par exemple, si on mélange HNO3 et KOH, les espèces présentes dans la solution seront:

gras HNO indice gras 3 gras entre parenthèses gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras KOH indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras H élevé en gras plus gras plus gras gras PAS d'indice gras 3 moins exposant gras plus gras K élevé au gras plus audacieux OH élevé au gras moins

Parmi les ions sont H + et OH-, donc cette réaction sera acide-base. Il existe également du nitrate de potassium, que nous savons soluble dans l’eau selon les règles de précipitation.

gras H élevé en gras plus gras plus gras AUCUN indice gras 3 exposant gras moins gras plus gras K élevé en gras plus gras plus gras OH élevé en gras moins gras flèche droite gras H gras indice 2 gras OU gras indice parenthèse gauche parenthèse gras l extrémité droite indice gras espace plus gras gras KNO indice gras 3 gras gauche parenthèse gras ac gras droite parenthèse fin indice

Titrages acide-base

Le titrage est une technique permettant de mesurer la concentration d’une solution. Il consiste à placer une solution d’un acide ou d’une base forte, de concentration connue, dans une burette et de l’ajouter à l’autre solution.

Le titrage acide-base implique la réaction de l’acide fort (ou de la base) pour réagir avec une base (ou un acide) jusqu’à un point où la réaction est terminée. Ce point est déterminé en présence d’un indicateur tel que la phénolphtaléine, incolore dans les solutions acides et rosâtre dans une solution basique.

Exemples de réactions acide-base

L’acidité de l’eau de pluie

Lorsqu’il pleut, l’eau de pluie dissout les gaz de l’atmosphère, tels que le dioxyde de carbone, le CO2, avec la formation d’un acide faible tel que l’acide carbonique:

gras CO indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras parenthèse droite fin indice gras droit harpon sur harpon gauche gras H gras indice CO gras indice CO 3 gras parenthèse gauche gras ac gras fin parenthèse droite indice

À son tour, l’acide carbonique s’ionise en milieu aqueux:

gras H indice gras 2 gras CO indice gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras parenthèse gauche fin gras indice gras droit arpon HCO 3 gras parenthèse gauche gras ac gras droite parenthèse fin indice exposant gras moins gras plus gras H indice gras 3 gras O indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras plus

Dans les régions non contaminées, l’eau de pluie a un pH proche de 5,6, ce qui lui confère un caractère légèrement acide dû à la dissolution du CO2 de l’atmosphère.

Polluants atmosphériques et pluies acides

Le terme «pluies acides» s’applique aux pluies dont le pH est inférieur à 5,6. Le pH de l’eau pure est de 7, mais en tant que produit de la pollution atmosphérique, l’eau de pluie devient acide. Les éruptions volcaniques et les industries qui traitent les combustibles fossiles libèrent des oxydes d’azote et de soufre qui réagissent avec l’eau pour former les acides respectifs:

gras 2 gras AUCUN indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin gras indice gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras parenthèse droite fin gras indice flèche droite gras HNO gras indice flèche gauche gras HNO gras parenthèse gauche gras droite parenthèse fin indice gras plus gras indice HNO gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice

gras SO indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras H indice gras 2 gras parenthèse SO gauche gras ac gras droit parenthèse fin gras indice SO gras plus gras H gras indice 2 gras O gras indice parenthèse gauche gras l gras droite parenthèse fin gras indice flèche droite gras H gras indice 2 gras crochet gauche SO gras indice gras 4 gras gauche parenthèse gras gauche fin indice

Œufs en caoutchouc

La coquille des œufs est constituée de carbonate de calcium (CaCO3). Le vinaigre est une solution d’acide acétique (un acide faible). Lorsque nous trempons un œuf dans du vinaigre, le carbonate de calcium réagit avec le vinaigre, dissolvant la coquille:

gras CH indice gras 3 gras COOH indice gras gauche parenthèse gras ac gras droite parenthèse fin gras indice gras H indice gras 2 gras O indice gras gauche parenthèse gras l gras droite parenthèse fin gras indice gras droit harpon sur CH gauche indice gras COO indice gras gauche parenthèse gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras plus gras H indice gras 3 gras O indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras plus

gras indice CaCO gras 3 gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 2 gras H indice gras 3 gras O indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras lettre plus gras flèche droite accolade gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant gras plus gras CO indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 3 gras H indice gras 2 gras OU indice gras parenthèse gauche gras parenthèse gauche fin indice

Dans cette réaction, du dioxyde de carbone est libéré et l’œuf reste comme s’il s’agissait de caoutchouc.

Voir aussi Acides.

Réactions d’oxydoréduction

Les réactions où il y a transfert d’électrons entre les réactifs sont appelées réactions d’oxydoréduction ou redox:

  • oxydation : transformation chimique dans laquelle une espèce chimique abandonne des électrons . Par exemple, l’oxydation du fer:

gras Fe gras flèche droite gras Fe élevé à gras 3 gras plus fin relevé gras plus gras 3 gras e élevé à gras moins

  • Réduction : transformation chimique dans laquelle une espèce chimique gagne des électrons . Par exemple, réduire l’oxygène:

gras O indice gras 2 gras plus gras 2 gras e élevé en gras moins gras flèche à droite gras O élevé en gras 2 gras moins haut de gamme

Le fer Fe et l’oxygène O2 réagissent pour former de l’oxyde de fer (III):

gras 4 gras Fe indice gras gauche parenthèse gras s gras droite parenthèse fin indice gras gras espace gras 3 gras O indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras O flèche droite gras 2 gras Fe indice gras O indice gras 3 gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice

Dans cette réaction, le fer Fe transfère les électrons e – <. Sub> à l’oxygène O2 pour former de l’oxyde de fer (III), Fe2O3.

Espèces oxydées et espèces réduites

Dans les réactions d’oxydoréduction, il existe toujours deux espèces chimiques:

  • une espèce oxydée, qui subit une oxydation, c’est-à-dire qu’elle abandonne des électrons;
  • une espèce réduite qui subit une réduction, c’est-à-dire reçoit des électrons.

Dans le cas de l’oxydation du fer, l’espèce oxydée est le fer Fe et l’espèce réduite est l’oxygène O2.

Oxydant et réducteur

Un agent oxydant est celui qui reçoit des électrons tandis que l’ agent réducteur est celui qui fournit des électrons.

fraction gras Zn indice gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice entre gras réducteur plus fraction numérateur gras Cu indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant entre dénominateur gras oxydant flèche fin gras fraction Zn indice gras entre parenthèses gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras 2 gras plus fin exposant gras gras plus gras indice cuivre gras parenthèse gauche gras gras parenthèse droite fin indice

Dans la réaction entre le zinc (Zn) et l’ion cuivre (Cu2 +), Zn est l’agent réducteur (espèce oxydée) qui apporte les électrons et Cu2 + est l’oxydant (espèce réduite) qui reçoit les électrons.

Un agent oxydant est réduit et un agent réducteur est oxydé dans une réaction redox.

Exemples de réactions d’oxydoréduction

Formation de chlorure de sodium

Le sel commun ou le chlorure de sodium NaCl est formé par la réaction du sodium Na et du chlore gazeux Cl2:

gras 2 gras Na indice gras gauche parenthèse gras s gras droite parenthèse fin indice gras gras plus gras Cl indice gras 2 gras entre parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras 2 gras NaCl indice droit gras parenthèse gauche indice gauche

Dans cette réaction, le sodium solide, avec des atomes de sodium chargés de manière neutre, réagit avec les molécules de chlore diatomiques pour former le solide ionique NaCl, qui contient des ions Na + et Cl-. Dans ce cas, Na est l’agent réducteur ou l’espèce oxydée car il apporte son électron et Cl2 est l’agent oxydant ou l’espèce réduite car il gagne les électrons.

Combustion de méthane

Dans la réaction de combustion du méthane, une réaction d’oxydoréduction se produit;

gras CH indice gras 4 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice exposant blanc gras gras espace gras 2 gras O indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin gras indice gras flèche droite gras CO gras parenthèse gauche g gras parenthèse droite fin indice gras gras espace gras 2 gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice

Dans cette réaction, il n’y a pas de composés ioniques mais le transfert d’électrons peut encore être décrit. Le carbone C subit un changement de son état d’oxydation de -4 en CH4 à +4 en CO2:

gras C augmenté en gras moins gras 4 extrémité surélevée gras H indice gras 4 exposant blanc gras flèche droite gras C élevé en gras plus gras 4 extrémité en relief gras O indice gras 2 gras espace gras plus gras 8 gras e élevé en gras moins

En revanche, l’oxygène change son état d’oxydation de 0 en O2 à -2 en eau et CO2, avec un gain de deux électrons par atome:

gras 2 gras O indice gras 2 exposant gras 0 gras espace gras plus gras espace gras 8 gras e augmenté en gras moins gras flèche droite gras CO indice gras 2 exposant gras moins gras 2 fin exposant espace gras gras espace plus gras H gras indice 2 gras 2 bold O élevé à bold moins gras 2 haut de gamme

Dans cette réaction, l’agent réducteur est le méthane CH4 qui est le composé complet, et l’agent oxydant est l’oxygène O2. L’hydrogène ne change pas son état d’oxydation et ne participe pas au processus de transfert d’électrons.

Métallurgie

La métallurgie est le processus d’extraction d’un métal à partir de minéraux. Dans la métallurgie de la galène PbS, minéral composé de plomb et de soufre, plusieurs réactions d’oxydoréduction sont effectuées afin d’en extraire le plomb.

Dans une première réaction, le sulfure de plomb réagit avec l’oxygène:

gras 2 gras Pb élevé à gras plus gras 2 extrémité surélevée gras S élevé à gras moins gras 2 extrémité en relief indice gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 3 gras O élevé en gras 0 gras indice 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras 2 gras Pb augmenté en gras plus gras 2 extrémité surélevé gras O élevé en gras moins gras 2 extrémité surélevé indice gras parenthèse gauche gras gras parenthèse droite fin indice gras plus gras espace gras 2 gras S élevé en gras gras 4 extrémité surélevée gras O élevé en gras moins gras 2 extrémité en relief indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice

L’état d’oxydation du soufre augmente de -2 à +4. Ainsi, le soufre s’oxyde. L’état d’oxydation de l’oxygène diminue de zéro à -2, le réduisant ainsi. Ainsi, l’agent oxydant qui accepte les électrons est l’O2, et l’agent réducteur qui donne des électrons est le sulfure de plomb PbS.

Dans une seconde réaction, l’oxyde de plomb réagit avec le monoxyde de carbone pour produire du métal libre:

bold Pb augmenté en gras plus gras 2 fin en gras O indice gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras 2 fin exposant gras espace gras espace plus gras gras C élevé en gras plus gras 2 fin gras O indice parenthèse gauche gras g gras droite parenthèse fin indice exposant gras moins gras 2 fin exposant gras flèche droite gras Pb indice gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice exposant gras 0 gras plus gras C élevé vers gras plus gras O indice augmenté gras 2 exposant gras moins gras 2 fin exposant

Le plomb est réduit, son état d’oxydation diminue de +2 à 0, et le carbone est oxydé car son état d’oxydation augmente de +2 à +4. L’agent oxydant est alors PbO et l’agent réducteur est CO.

Voir également Réactions chimiques.

Référence

Zumdahl, SS, Zumdahl, SA Chimie. 9e éd. 2014. Brooks / Cole

 

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