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2.8: Réactions chimiques
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Chemical Reactions
 
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TRANSCRIPTION

2.8: Chemical Reactions

2.8: Réactions chimiques

Overview

A chemical reaction is a process by which the bonds in the atoms of substances are rearranged to generate new substances. Matter cannot be created or destroyed in a chemical reaction—the same type and number of atoms that make up the reactants are still present in the products. Merely the rearrangement of chemical bonds produces new compounds.

Chemical Reactions Rearrange Atoms into New Substances

A chemical reaction takes starting materials—the reactants—and changes them into different substances—the products. The identities of the elements are the same on both sides of the equation, but they are arranged in different substances after the reaction takes place. In chemical reactions, the bonds between the atoms are broken and reformed which means that the shared electrons among the atoms are rearranged. Reactions can be spontaneous, or they might only occur in the presence of an energy source—such as heat or light. Additionally, macromolecules can act as enzymes—catalysts that greatly speed up chemical reactions. Most biological reactions would take far too long to complete without enzymes.

Chemical Reactions Can be Permanent or Reversible

Some types of reactions will proceed irreversibly until all of the reactants are used up, while others are reversible, with the products able to be converted back into the reactants if conditions change. Certain types of chemical reactions, such as combustion reactions or precipitation reactions that form a solid product from two dissolved substances, typically only proceed in one direction. An example of an irreversible reaction is the combustion of hydrocarbon fuel in the presence of atmospheric oxygen, which produces heat and light energy, carbon dioxide gas, and water. Other reactions occur in either direction until the reactants and products are at equilibrium—the point at which there is no net change in reactants or products.

The Law of Conservation of Matter and Balanced Chemical Equations

In a chemical reaction, matter cannot be created or destroyed, a principle known as the Law of Conservation of Matter. However, the products that are formed often contain different ratios of atoms than the reactants. A balanced chemical equation accounts for all of the atoms on both sides of the equation by adding coefficients to the products and reactants until the total number of each type of atom is equal on both sides of the equation. A coefficient applies to all the atoms in a compound, much like a mathematical coefficient applies to all of the variables contained in a parenthetical statement. For example, the reaction that generates water from hydrogen and oxygen gases is:

H2 + O2 → H2O

In this unbalanced equation, there are two hydrogen atoms on each side, but there are unequal numbers of oxygen atoms. To balance the equation, coefficients are added so that there are equal numbers of hydrogen and oxygen atoms on both sides:

2H2 + O2 → 2H2O

In the balanced equation, there are a total of four hydrogen atoms and two oxygen atoms on each side of the equation.

Chemical Reactions Power Cells

Two important processes that power much of all life on Earth are photosynthesis, which converts sunlight into the six-carbon sugar glucose, and cellular respiration, which converts glucose into usable energy. Both these essential reactions are, at their core, a pair of complementary chemical reactions. Photosynthetic organisms use the energy from sunlight to convert carbon dioxide and water into sugar and molecular oxygen. Cellular respiration is then used by all aerobic organisms to break down that sugar—whether they made it or consumed it—in the presence of oxygen to produce energy for all of their basic needs.

Aperçu

Une réaction chimique est un processus par lequel les liaisons dans les atomes de substances sont réarrangées pour générer de nouvelles substances. La matière ne peut pas être créée ou détruite en réaction chimique — le même type et le même nombre d’atomes qui composent les réactifs sont toujours présents dans les produits. Le simple réarrangement des liaisons chimiques produit de nouveaux composés.

Les réactions chimiques réorganisent les atomes en nouvelles substances

Une réaction chimique prend les matériaux de départ — les réactifs — et les transforme en différentes substances — les produits. Les identités des éléments sont les mêmes des deux côtés de l’équation, mais ils sont disposés en différentes substances après la réaction a lieu. Dans les réactions chimiques, les liens entre les atomes sont rompus et réformés, ce qui signifie que les électrons partagés entre les atomes sont réarrangés. Les réactions peuvent être spontanées, ou elles peuvent se produire seulement en présence d’une source d’énergie, comme la chaleur ou la lumière. En outre, les macromolécules peuvent agir comme des enzymes, des catalyseurs qui accélèrent considérablement les réactions chimiques. La plupart des réactions biologiques prendraient beaucoup trop de temps à compléter sans enzymes.

Les réactions chimiques peuvent être permanentes ou réversibles

Certains types de réactions se dérouleront de façon irréversible jusqu’à ce que tous les réactifs soient utilisés, tandis que d’autres sont réversibles, les produits pouvant être convertis de nouveau en réactifs si les conditions changent. Certains types de réactions chimiques, comme les réactions de combustion ou les réactions de précipitation qui forment un produit solide à partir de deux substances dissoutes, ne se déroulent généralement que dans une seule direction. Un exemple de réaction irréversible est la combustion de combustibles d’hydrocarbures en présence d’oxygène atmosphérique, qui produit de la chaleur et de l’énergie lumineuse, du gaz carbonique et de l’eau. D’autres réactions se produisent dans les deux sens jusqu’à ce que les réactifs et les produits soient à l’équilibre, le moment où il n’y a pas de changement net dans les réactifs ou les produits.

La loi sur la conservation de la matière et les équations chimiques équilibrées

Dans une réaction chimique, la matière ne peut pas être créée ou détruite, un principe connu sous le nom de loi de conservation de la matière. Cependant, les produits qui sont formés contiennent souvent des rapports différents des atomes que les réactifs. Une équation chimique équilibrée explique tous les atomes des deux côtés de l’équation en ajoutant des coefficients aux produits et aux réactifs jusqu’à ce que le nombre total de chaque type d’atome soit égal des deux côtés de l’équation. Un coefficient s’applique à tous les atomes d’un composé, tout comme un coefficient mathématique s’applique à toutes les variables contenues dans une instruction entre parenthèses. Par exemple, la réaction qui génère de l’eau à partir de gaz d’hydrogène et d’oxygène est la suivante :

H2 + O2 → H2O

Dans cette équation déséquilibrée, il y a deux atomes d’hydrogène de chaque côté, mais il y a un nombre inégal d’atomes d’oxygène. Pour équilibrer l’équation, des coefficients sont ajoutés de sorte qu’il y ait un nombre égal d’atomes d’hydrogène et d’oxygène des deux côtés :

2H2 + O2 → 2H2O

Dans l’équation équilibrée, il y a un total de quatre atomes d’hydrogène et deux atomes d’oxygène de chaque côté de l’équation.

Réactions chimiques Cellules de puissance

Deux processus importants qui alimentent une grande partie de toute vie sur Terre sont la photosynthèse, qui convertit la lumière du soleil en glucose à six carbones, et la respiration cellulaire, qui convertit le glucose en énergie utilisable. Ces deux réactions essentielles sont, à la base, une paire de réactions chimiques complémentaires. Les organismes photosynthétiques utilisent l’énergie de la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucre et en oxygène moléculaire. La respiration cellulaire est ensuite utilisée par tous les organismes aérobiques pour décomposer ce sucre, qu’il soit fabriqué ou consommé, en présence d’oxygène pour produire de l’énergie pour tous leurs besoins fondamentaux.

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