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Evolution d'un système chimique lors d'une transformation chimique

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Objectifs :

Quand on étudie un système chimique, il faut pouvoir le décrire avec précision avant la réaction, c'est-à-dire dans son état initial et en fin de réaction, dans son état final.
Il faut aussi être capable de décrire quelle transformation chimique il a subie.

1. Un système chimique

a. Définition

Lorsque le chimiste étudie une transformation chimique, il doit avant tout définir le système qu’il étudie, c’est-à-dire :
→ Les conditions de réalisation de la transformation : température et pression.
→ Toutes les espèces chimiques mises en jeu : Il faut connaître leur formule brute, leur état physique (solide, liquide ou en solution dans un solvant).
→ Les quantités de matière de chacune des espèces chimiques.

Tous ces paramètres définissent l’état d’un système chimique.

b. Réactifs et produits

• Un réactif est une espèce chimique qui est présente à l’état initial et dont la quantité de matière diminue au cours de l’avancement de la réaction chimique :
→ Un réactif totalement consommé est un réactif limitant.
→ Un réactif non totalement consommé (c'est-à-dire qu’il peut être encore présent à l’état final) est dit en excès.

• Un produit est une espèce chimique qui n’est jamais présente à l’état initial mais qui apparaît au fur et à mesure de l’avancement de la réaction. La quantité de matière du produit augmente au cours d’une transformation chimique.

2. Comment évolue un système chimique ?

S’il y a transformation chimique, c’est qu’au moins un réactif ou plusieurs réactifs vont se transformer en un ou plusieurs produits. Le système va donc évoluer en passant par plusieurs stades appelés états.

Au départ, il y a l’état initial, c’est-à-dire l’instant où l’on met en contact les réactifs. Lorsque la réaction n’évolue plus, c’est l’état final.

a. Description de l'état initial et final

• Les conditions expérimentales : Les grandeurs pression et température doivent être connues pour décrire l’état des réactifs et des produits et pour pouvoir reproduire la transformation chimique ultérieurement.

• L’inventaire des espèces : Un bilan n’est complet que si l’inventaire de toutes les espèces chimiques en présence est réalisé, y compris celles qui ne réagissent pas : ce sont des composés chimiques spectateurs.

• Le bilan de matière : Il faut pouvoir connaître les quantités de réactifs mises en jeu ainsi que la quantité de produits formés. On doit aussi être en mesure de connaître la quantité de réactifs en excès qui reste après la réaction.

b. Bilan de réaction décrivant l'évolution d'un système chimique

Les éléments cités ci-dessus ayant été rassemblés, on peut faire un bilan de réaction qui va traduire l’évolution du système chimique pendant la transformation. Prenons un exemple : la réaction de l’acide chlorhydrique (HCl)_(aq) sur le magnésium métallique Mg_(s) conduit à la formation de l’hydrogène H_2(g) et du chlorure de magnésium (MgCl₂)_(aq).
On peut dresser un tableau récapitulatif de l’évolution du système chimique :

L'essentiel

L’état d’un système chimique regroupe des informations sur les conditions expérimentales (pression et température), les différentes espèces chimiques mises en jeu et leur quantité de matière. Un système chimique évolue toujours d’un état initial vers un état final quand la réaction n’évolue plus. En fin de réaction, on peut faire un bilan de réaction qui traduit l’évolution du système.

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