Stœchiométrie de réaction

Une équation chimique équilibrée fournit beaucoup d’informations dans un format très succinct. Les formules chimiques fournissent l’identité des réactifs et des produits impliqués dans la transformation chimique, permettant ainsi la classification de la réaction. Les coefficients fournissent les nombres relatifs de ces espèces chimiques, permettant une évaluation quantitative des relations entre les quantités de substances consommées et produites par la réaction. Ces relations quantitatives sont connues sous le nom de stœchiométrie de la réaction, un terme dérivé des mots grecs stoecheion (signifiant “ élément ”) et metron (signifiant “ mesure ”).  

La stœchiométrie d’une réaction permet de prédire la quantité de réactif nécessaire pour produire la quantité de produit souhaitée, ou dans certains cas, la quantité de produit qui sera formée à partir d’une quantité précise de réactif.  

Coefficients stœchiométriques

Les coefficients d’une équation chimique représentent le nombre de moles de chaque substance.  Prenons par exemple la réaction de l’azote gazeux et de l’hydrogène gazeux pour produire de l’ammoniac. La stœchiométrie indique qu’une mole d’azote et trois moles d’hydrogène réagissent pour produire deux moles d’ammoniac.

Comme une mole contient le nombre d’Avogadro de molécules, le nombre relatif de molécules est le même que le nombre relatif de moles. Une autre façon de lire l’équation est “ une molécule d’azote et trois molécules d’hydrogène réagissent pour produire deux molécules d’ammoniac ”.

Facteurs stœchiométriques  

Les équations chimiques équilibrées sont utilisées afin de déterminer la quantité d’un réactif nécessaire pour réagir avec une quantité donnée d’un autre réactif, ou pour produire une quantité donnée de produit, et ainsi de suite. Les coefficients de l’équation équilibrée sont utilisés pour déduire les facteurs stœchiométriques qui permettent de calculer la quantité souhaitée. Dans la réaction de l’hydrogène et de l’azote, les molécules d’ammoniac sont produites à partir de molécules d’hydrogène dans un rapport de 2:3. Cela signifie que du point de vue stœchiométrique, trois moles d’hydrogène sont équivalentes à deux moles d’ammoniac.

Sur la base de ceci, les facteurs stœchiométriques suivants sont déduits :

Ces facteurs stœchiométriques peuvent être utilisés pour calculer le nombre de molécules d’ammoniac produites à partir d’un nombre donné de molécules d’hydrogène, ou le nombre de molécules d’hydrogène nécessaires pour produire un nombre donné de molécules d’ammoniac. Des facteurs similaires peuvent être obtenus pour n’importe quelle paire de substances dans n’importe quelle équation chimique.

Conversions de mole à mole

Pour une réaction chimique équilibrée pour la formation d’ammoniac à partir de l’azote et de l’hydrogène, le rapport stœchiométrique de moles suivant entre N₂ et NH₃ est de 1:2. Ensuite, on obtient la quantité molaire d’ammoniac en multipliant la quantité molaire d’azote par le facteur de conversion stœchiométrique des deux substances qui nous intéressent.

Conversions de masse à masse

La conversion entre les masses de substances basée sur la stœchiométrie nécessite de connaitre les rapports de moles et les masses molaires. Par exemple, pour trouver la masse d’hydrogène nécessaire à la production de 0,170 kg d’ammoniac, la masse molaire d’ammoniac est d’abord utilisée pour convertir la masse d’ammoniac en quantité d’ammoniac (en moles). Ensuite, le facteur stœchiométrique approprié de l’équation équilibrée convertit la quantité d’ammoniac (en moles) en quantité d’hydrogène (en moles). Enfin, la masse molaire de l’hydrogène convertit la quantité d’hydrogène (en moles) en masse d’hydrogène.

De nombreuses variations concernant les étapes de calcul du début et de la fin sont possibles en fonction des quantités particulières fournies et recherchées (volumes, concentrations de solutions, etc.). Quels que soient les détails, tous ces calculs partagent une composante essentielle commune : l’utilisation de facteurs stœchiométriques déduits à partir d’équations chimiques équilibrées.

Ce texte est adapté de OpenStax Chemistry 2e, Section 4.3 : Stœchiométrie d’une réaction.