Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la conservation des éléments au cours de réactions chimiques.
Toute la matière est composée de substances chimiques. Il y a des millions de produits chimiques connus, et ils sont tous fabriqués à partir de différents assemblages d’éléments. Un élément est un ensemble d’atomes avec un nombre spécifique et identique de protons dans leurs noyaux.
Définition : Élément
Un élément est une substance constituée d’un seul type d’atome et qui ne peut pas être décomposée par la biais d’une réaction chimique.
Il y a 118 éléments connus qui ont été organisés dans le tableau périodique des éléments.
Certains éléments sont naturels, tels que le cuivre (), le dioxygène () et l’or (), tandis que d’autres comme l’américium () ont été synthétisés par des scientifiques. Chaque élément a son propre ensemble unique de propriétés. Par exemple, le cuivre est un métal mou qui a une couleur rouge-orange et est un bon conducteur d’électricité. Le dioxygène pur à température ambiante est un gaz incolore, inodore et insipide.
Alors que des éléments peuvent exister sous leur forme pure, la plupart des substances chimiques sont une combinaison d’atomes de différents éléments. Ce type de substance est appelé composé.
Définition : Composé
Un composé est une substance formée d’atomes de deux ou plusieurs éléments différents qui sont chimiquement combinés.
Une formule chimique peut être utilisée pour représenter un composé. La formule indique le symbole de chaque élément et peut inclure des indices pour indiquer le nombre d’atomes de chaque élément nécessaires pour constituer une unité du composé. Par exemple, le sel de table est un composé formé par les éléments sodium () et chlore (). Sa formule chimique est .
Définition : Formule chimique
Une formule chimique est une expression de symboles chimiques et d’indices numériques qui représente la composition d’une unité d’un composé.
Des éléments et des composés peuvent être transformés en de nouveaux composés au cours d’une réaction chimique.
Définition : Réaction chimique
Une réaction chimique est un processus dans lequel une ou plusieurs substances sont transformées en une ou plusieurs nouvelles substances.
Les nouvelles substances formées dans la réaction auront une composition et des propriétés différentes de celles des substances originales. Par exemple, le fer () est un métal gris argenté attiré par un aimant. Lorsque le fer () réagit avec le dioxygène () et l’eau (), de la rouille () est formée. La rouille est une poudre orange brunâtre qui n’est pas attirée par un aimant.
Au cours d’une réaction chimique, les atomes des éléments doivent être conservés. Cela signifie qu’aucun élément ne peut apparaître ou disparaître au cours d’une réaction chimique. Les atomes sont simplement recombinés dans des assemblages différents.
Définition : Conservation des éléments
Les atomes des éléments ne peuvent être ni créés ni détruits au cours d’une réaction chimique.
Par exemple, le dihydrogène () et le dioxygène () peuvent réagir pour produire de l’eau () :
On peut voir, d’après la réaction ci-dessus, que des atomes d’hydrogène et d’oxygène sont présents à la fois dans les réactifs de départ et dans le produit.
Exemple 1: Identifier l’affirmation qui décrit le mieux la conservation des éléments
Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la conservation des éléments au cours d’une réaction chimique ?
- Des éléments peuvent apparaître mais pas disparaître au cours d’une réaction chimique.
- Aucun élément ne peut apparaître ou disparaître au cours d’une réaction chimique.
- Des éléments peuvent apparaître ou disparaître au cours d’une réaction chimique.
- Des éléments peuvent disparaître mais ne pas apparaître au cours d’une réaction chimique.
Réponse
Au cours d’une réaction chimique, les atomes de tous les éléments doivent être conservés. Cela signifie que tous les éléments présents dans les réactifs doivent être présents dans les produits. Les atomes des éléments peuvent être recombinés, mais aucun élément ne peut apparaître ou disparaître au cours d’une réaction chimique. Par conséquent, la réponse correcte est l’option B.
Exemple 2: Identifier l’équation de réaction qui n’obéit pas au concept de conservation des éléments
Dans laquelle des réactions chimiques suivantes le concept de conservation des éléments n’est-il pas vérifié ?
Réponse
Au cours d’une réaction chimique, les atomes de tous les éléments doivent être conservés. Cela signifie que tous les éléments présents dans les réactifs doivent être présents dans les produits. Les atomes des éléments peuvent être recombinés, mais aucun élément ne peut apparaître ou disparaître au cours d’une réaction chimique.
En observant l’option A, on constate que les éléments magnésium (), cuivre (), soufre () et oxygène () apparaissent des deux côtés de la flèche de réaction, de sorte que cette réaction obéit à la conservation des éléments. En observant l’option B, on constate que les éléments calcium (), oxygène () et carbone () apparaissent des deux côtés de la flèche de réaction, de sorte que cette réaction obéit à la conservation des éléments. Les choix C et E obéissent également à la conservation des éléments car tous les éléments situés sur le côté gauche de la flèche de réaction apparaissent également sur le côté droit de la flèche de réaction. Dans le choix D, l’élément zinc () apparaît sur le côté gauche de la flèche, mais pas sur le côté droit de la flèche. En outre, l’élément cuivre () apparaît sur le côté droit de la flèche, mais pas sur le côté gauche de la flèche. Cette réaction chimique ne suit pas le concept de conservation des éléments, donc la réponse correcte est l’option D.
Exemple 3: Déterminer quelle affirmation concernant la réaction du magnésium avec le dioxygène est incorrecte
Le magnésium réagit de manière explosive avec le dioxygène pour former de l’oxyde de magnésium selon l’équation suivante :
Lequel des énoncés suivants n’est pas vrai pour cette réaction ?
- Le concept de conservation des éléments est respecté.
- La réaction décrit la formation d’une nouvelle substance.
- Le produit de la réaction, l’oxyde de magnésium, est un composé.
- Les réactifs, le magnésium et le dioxygène, sont des éléments.
- L’oxyde de magnésium a des propriétés physiques et chimiques similaires à celles du dioxygène et du magnésium.
Réponse
Pour répondre à cette question, nous devons déterminer quelle affirmation ne décrit pas correctement la réaction entre le magnésium et le dioxygène. En regardant l’équation de la réaction donnée, on peut voir que seuls les éléments magnésium () et oxygène () apparaissent des deux côtés de la flèche de réaction. Cela signifie que la réaction obéit à la loi de conservation des éléments, qui stipule que les atomes des éléments ne peuvent être ni créés ni détruits lors d’une réaction chimique. Ainsi, l’option A est correcte.
La réaction se produit entre le magnésium () et le dioxygène (). Le magnésium et le dioxygène sont des éléments, une collection d’atomes avec un nombre spécifique et identique de protons dans leurs noyaux. Ainsi, l’option D est correcte.
Le produit de cette réaction est une nouvelle substance : l’oxyde de magnésium (). L’oxyde de magnésium est un composé, une substance formée d’atomes de deux éléments ou plus qui sont chimiquement combinés. Ainsi, les options B et C sont correctes.
Le magnésium est un métal blanc cassant, léger et argenté. Le dioxygène est un gaz incolore, inodore et insipide. L’oxyde de magnésium est une poudre blanche avec un point de fusion élevé. À la différence du magnésium et du dioxygène, l’oxyde de magnésium est hygroscopique et peut réagir avec l’humidité de l’air. Comme pour toutes les réactions chimiques, le produit, l’oxyde de magnésium, a une composition et des propriétés différentes de celles des réactifs, le magnésium et de le dioxygène. Ainsi, l’affirmation qui n’est pas vraie est l’option E, l’oxyde de magnésium a des propriétés physiques et chimiques similaires à celles de l’oxygène et du magnésium.
Le schéma ci-dessous représente la conservation du cuivre au cours d’une série de transformations.
Bien que les réactions complètes ne soient pas représentées sur la figure, nous pouvons voir que l’élément cuivre est conservé tout au long des quatre réactions.
Dans la réaction 1, une pièce de cuivre métallique est placée dans un tube à essai. Une petite quantité d’acide nitrique concentré est ensuite ajoutée au tube à essai. Le cuivre métallique réagit avec l’acide nitrique concentré pour former des ions , sous forme de nitrate de cuivre. La couleur de la solution passe au bleu en raison de la présence d’ions .
L’équation chimique de la transformation illustrée dans la réaction 1 est
Dans la réaction 2, les ions sont mis à réagir avec une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium. Les ions peuvent être sous forme de nitrate de cuivre, ou du sulfate de cuivre, . Lors de la réaction des ions avec de l’hydroxyde de sodium, un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre(II) est formé. L’hydroxyde de cuivre(II) peut être extrait en filtrant la solution, récupérant ainsi le précipité.
L’équation chimique pour la transformation illustrée dans la réaction 2 est
Dans la réaction 3, un tube à essai contenant le précipité d’hydroxyde de cuivre(II) est chauffé avec précaution au-dessus d’un bec Bunsen. Après avoir chauffer pendant un certain temps, un solide noir d’oxyde de cuivre(II) est produit, moment auquel le tube à essai est retiré de la flamme.
L’équation chimique pour la transformation illustrée dans la réaction 3 est
Dans la réaction finale, une petite quantité d’oxyde de cuivre noir(II) est ajoutée à un tube à essai avec une petite quantité de poudre de carbone. Le tube à essai est ensuite chauffée fortement jusqu’à ce qu’une substance orange rougeâtre, du cuivre métallique, soit produite.
L’équation chimique pour la transformation illustrée dans la réaction 4 est
Dans la réaction 1, on peut voir que les éléments cuivre (), hydrogène (), azote () et oxygène () sont conservés comme ils apparaissent des deux côtés de la flèche de réaction. Dans la réaction 2, on peut voir que les éléments cuivre (), sodium (), oxygène () et hydrogène () sont conservés. Nous pouvons également voir que la loi de conservation des éléments est respectée à la fois dans la réaction 3 et dans la réaction 4.
Exemple 4: Identifier l’élément manquant dans une équation chimique
En utilisant le concept de conservation des éléments, identifie l’élément manquant dans l’équation chimique suivante :
Réponse
Au cours d’une réaction chimique, les atomes de tous les éléments doivent être conservés. Cela signifie que tous les éléments présents dans les réactifs doivent être présents dans les produits. Dans l’équation de réaction fournie, nous pouvons voir les éléments magnésium (), hydrogène (), soufre (), et oxygène () sur le côté gauche de la flèche de réaction. Sur le côté droit de la flèche de réaction, nous voyons les éléments soufre (), oxygène () et hydrogène (). Comme tout élément présent dans les réactifs (côté gauche de la flèche de réaction) doit être présent dans les produits (côté droit de la flèche de réaction), l’élément manquant est l’option C, .
Lors d’une réaction chimique, il peut sembler que certains éléments disparaissent au cours de la réaction. Par exemple, l’essence est un liquide qui contient un composé appelé octane (). L’octane est composé des éléments carbone () et hydrogène (). Quand un échantillon d’essence est brûlé, il peut sembler que l’essence disparaît simplement car il ne reste aucun produit visible. Cependant, lorsqu’on brûle de l’essence, du dioxygène () gazeux de l’air réagit avec l’octane. Les atomes sont recombinés pour former du gaz carbonique () et de vapeur d’eau (), deux gaz incolores :
Ainsi, bien qu’à nos yeux, il semble que l’essence disparaisse et que les éléments soient détruits, en réalité, les atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène sont conservés et recombinés dans de nouveaux composés que nous ne pouvons pas voir à l’oeil nu.
Points clés
- Un élément est une substance constituée d’un seul type d’atome et qui ne peut être décomposée grâce à une réaction chimique.
- Des atomes de deux éléments ou plus peuvent se combiner chimiquement pour former des composés.
- Des éléments et des composés peuvent être transformés en de nouveaux composés au cours d’une réaction chimique.
- Les nouvelles substances formées au cours d’une réaction chimique auront une composition et des propriétés différentes de celles des substances originales.
- Les éléments doivent être conservés dans une réaction chimique, ce qui signifie que des atomes d’éléments ne peuvent être ni créés ni détruits au cours d’une réaction chimique.
