Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment la lumière joue un rôle important dans certaines réactions chimiques, que nous appelons réactions photochimiques. Nous verrons comment elles fonctionnent en étudiant divers processus : le développement de photographies, la photosynthèse et la destruction de la couche d’ozone.
Toutes les plantes ont besoin de la lumière du soleil pour se développer. Pourquoi est-ce le cas ? En fait, les plantes sont capables de convertir l’énergie lumineuse du soleil en énergie chimique qu’elles utilisent pour se développer via un processus connu sous le nom de photosynthèse. La photosynthèse se produit dans les chloroplastes de la plante, qui contiennent une molécule grande et complexe appelée chlorophylle. La chlorophylle est un pigment des plantes qui absorbe la lumière rouge et bleue du soleil. La lumière verte du soleil n’est pas absorbée par les plantes. Elle se reflète, c’est pourquoi les plantes nous apparaissent vertes. La lumière verte réfléchie par la plante est détectée par vos yeux.
La lumière rouge et bleue que la plante absorbe est capable de lui fournir l’énergie nécessaire pour produire du glucose, un sucre que la plante utilise pour se nourrir. La lumière du soleil, le dioxyde de carbone de l’air et de l’eau sont tout ce dont la plante a besoin pour créer cette nourriture, ainsi que l’autre produit de la photosynthèse, l’oxygène, que nous respirons.
On peut nous-mêmes observer ce processus de photosynthèse dans une expérience impliquant des plantes d’étang ou une plante appelée élodée. Si vous maintenez ce dispositif expérimental dans l’obscurité, vous ne verrez pas grand-chose. Si vous le placez dans des conditions de faible luminosité, vous commencerez à voir des bulles se former et du gaz sera collecté dans le tube à essai. Dans des conditions de très forte luminosité, vous verrez plus de bulles se former et vous pourrez collecter beaucoup de gaz dans le tube à essai. Ce gaz produit est de l’oxygène, l’un des produits de la photosynthèse. Dans les conditions de faible luminosité, seulement un peu d’oxygène est produit ; dans des conditions de forte luminosité, les quantités produites sont plus importantes. Mais lorsque la plante était dans l’obscurité, aucune formation d’oxygène n’est observée.
La photosynthèse est un exemple de réaction photochimique, qui est un processus initié par l’absorption de la lumière. Vous remarquerez que le mot lumière est écrit au-dessus de la flèche de réaction dans l’équation chimique qui décrit le processus de la photosynthèse. Cela sera le cas pour toutes les réactions photochimiques car elles nécessitent toutes de la lumière pour démarrer. Parfois, le mot photon ou le symbole ℎ𝜈 seront écrits à la place du mot lumière. En effet, la lumière est composée de particules élémentaires appelées photons, mais dans cette vidéo nous utiliserons le mot lumière. Maintenant, regardons quelques autres exemples de réactions photochimiques.
L’exemple suivant est la photoréduction du chlorure d’argent. Le chlorure d’argent ou AgCl est une poudre blanche, mais qui devient grise devant un laser. Voyons donc ce qui se passe dans ce cas. Le chlorure d’argent est une substance ionique, ce qui signifie qu’elle est composée d’ions argent et chlorure. La lumière du laser fait perdre des électrons aux ions chlorure afin de former des atomes de chlore. La perte d’électrons est appelée oxydation. Ainsi, cette première étape implique l’oxydation des ions chlorure sous l’effet de la lumière pour former des atomes de chlore. Bien sûr, les atomes de chlore n’existent pas facilement par eux-mêmes, ils vont donc se combiner avec d’autres atomes de chlore pour former du chlore gazeux. Ensuite, les ions argent récupèrent les électrons perdus par les ions chlorure, formant de l’argent. Le processus de gain d’un électron s’appelle réduction.
La réaction globale de ce processus est donc le chlorure d’argent réagissant en présence de lumière pour former de l’argent plus du chlore gazeux. Ainsi, lorsqu’on dirige un laser sur le chlorure d’argent, la lumière provoque la réduction des ions argent en argent, qui est la poudre grise que nous avons observée. C’est pourquoi on appelle cela la photoréduction du chlorure d’argent. La lumière provoque la réduction de l’argent.
C’est ainsi que fonctionnent les appareils photo qui utilisent un film. Le film est composé de plastique recouvert de gélatine mélangée à du chlorure d’argent ou à un autre halogénure d’argent. Lorsque vous prenez une photo, la lumière pénètre dans l’appareil photo à travers l’objectif. Et puisque le chlorure d’argent change de couleur lorsqu’il est exposé à la lumière, différentes parties du film changent de couleur lorsque la photo est prise, en fonction de la quantité de lumière qui traverse l’objectif, fixant une image sur le film. Ensuite, le film peut être développé pour qu’il perde sa sensibilité à la lumière et que la photo soit préservée.
La prochaine réaction que nous allons voir une réaction qui se produit constamment dans l’atmosphère terrestre. La molécule d’ozone est principalement produite dans la partie supérieure de l’atmosphère terrestre, appelée stratosphère. La formation d’ozone est initiée par les rayons UV du soleil frappant une molécule d’oxygène dans l’atmosphère terrestre. Cela provoque la division de la molécule d’oxygène en deux atomes d’oxygène individuels. Ces atomes d’oxygène entrent alors en collision avec d’autres molécules d’oxygène, ce qui produit l’ozone, des molécules d’O3. Ainsi, la réaction globale de formation de l’ozone est que trois molécules d’oxygène réagissent pour former deux molécules d’ozone.
La lumière UV du soleil peut également entraîner la réaction inverse. La lumière UV peut briser la molécule d’ozone, créant une molécule d’oxygène et un atome d’oxygène. Cet atome d’oxygène peut alors entrer en collision avec une autre molécule d’ozone, ce qui le fait former deux autres molécules d’oxygène. Ainsi, la réaction globale de destruction de l’ozone est que deux molécules d’ozone réagissent pour former trois molécules d’oxygène. L’ozone produit dans la haute atmosphère terrestre par la lumière UV frappant les molécules d’oxygène et formant des molécules d’ozone est extrêmement important pour la vie sur Terre. L’ozone filtre la plupart des rayons UV du soleil qui ont des fréquences élevées, et qui peuvent endommager l’ADN de nos cellules.
Bien que l’ozone soit constamment formé et détruit dans la haute atmosphère terrestre, la vitesse à laquelle ces deux réactions se produisent est telle que la couche d’ozone dans l’atmosphère est suffisante pour nous protéger des rayons UV. Malheureusement, certains produits chimiques issus de l’activité humaine présents dans l’atmosphère, tels que les chlorofluorocarbones ou les CFC utilisés dans la réfrigération, les aérosols et les climatiseurs, ont agi comme un catalyseur de la destruction de l’ozone mais pas pour sa formation. Cela signifie que l’équilibre délicat entre la formation et la destruction de l’ozone qui nous protège des rayons UV du soleil est brisé.
Parce que la destruction de l’ozone est catalysée, mais que sa formation ne l’est pas, l’ozone est détruit plus rapidement qu’il ne peut être produit, ce qui signifie que plus de lumière UV du soleil peut pénétrer dans l’atmosphère terrestre. Les CFC et autres produits chimiques qui jouent un rôle de catalyseur dans la destruction de l’ozone ont été interdits dans la plupart des pays pour cette raison. Heureusement, ces composés ne restent pas dans l’atmosphère pour toujours. Ainsi, parce que l’ozone est constamment à la fois détruit et formé, des niveaux normaux d’ozone dans l’atmosphère pourront de nouveaux être atteints.
Le dernier exemple de réaction photochimique que nous allons voir est le smog photochimique. Le smog photochimique est une sorte de polluant atmosphérique que l’on trouve couramment dans les villes. Il apparaît comme une brume brune. Ce smog est formé par une réaction qui se produit à partir d’un des sous-produits de la combustion de carburants fossiles. Lorsque les combustibles fossiles sont brûlés dans nos véhicules par exemple, des produits chimiques tels que l’oxyde d’azote sont libérés. Ces produits chimiques peuvent réagir avec la lumière du soleil, et former le smog. Ce smog est non seulement peu esthétique, mais peut également causer un certain nombre de problèmes respiratoires pour les personnes exposées.
Nous en savons maintenant plus sur les réactions photochimiques et en avons vu plusieurs exemples. Regardons maintenant quelques exercices.
Lequel des énoncés suivants décrit-il correctement une réaction photochimique ? (A) Une réaction photochimique est une réaction chimique qui se produit sans absorption d’énergie de la lumière. (B) Une réaction photochimique est une réaction chimique qui libère des éclairs lumineux. (C) Une réaction photochimique est une réaction chimique déclenchée par une augmentation de température. (D) Une réaction photochimique est une réaction chimique qui n’implique pas de transfert d’électrons. (E) Une réaction photochimique est une réaction chimique initiée par l’absorption d’énergie de la lumière.
Une réaction photochimique est une réaction qui est initiée par absorption de lumière. On peut identifier ce genre de réactions car le mot lumière sera indiqué au-dessus de la flèche de réaction dans l’équation chimique. Cette définition semble clairement correspondre au choix (E), mais examinons rapidement les autres réponses possibles.
La réponse (A) dit qu’une réaction photochimique se produit sans absorption d’énergie de la lumière, ce qui est clairement le contraire d’une réaction photochimique. Donc, ce n’est pas correct. La réponse suivante indique qu’une réaction photochimique libère des éclairs lumineux. Il y a beaucoup d’exemples de réactions chimiques qui produisent de la lumière. Il y a certaines espèces de méduses capables de bioluminescence ou de briller par exemple. Mais ces types de réactions auraient la lumière comme produit ; elles n’en ont pas besoin pour réagir.
La réponse suivante concerne l’augmentation de la température. Il y a beaucoup d’exemples de réactions initiées en absorbant de l’énergie provenant d’une augmentation de température, mais nous parlons ici de réactions qui sont initiées en absorbant de l’énergie de la lumière. La réponse suivante dit que les réactions photochimiques n’impliquent pas de transfert d’électrons. Eh bien, il s’avère qu’il existe de nombreux exemples de réactions photochimiques qui impliquent un transfert d’électrons. Par exemple, lorsqu’on éclaire le chlorure d’argent, les électrons sont transférés des ions chlorure aux ions argent. Mais qu’il y ait ou non un transfert d’électrons n’est pas la définition d’une réaction photochimique. Les réactions photochimiques sont simplement des réactions qui sont initiées en absorbant de l’énergie de la lumière.
Dans l’atmosphère, la lumière ultraviolette peut décomposer les molécules d’oxygène gazeux en atomes individuels d’oxygène. Quelle est l’équation chimique de cette réaction ?
Dans la réaction décrite dans cette question, la lumière ultraviolette provoque la décomposition de l’oxygène gazeux, dont la formule chimique est O2, en atomes individuels d’oxygène. Donc, si nous commençons avec une molécule d’oxygène gazeux, elle se décomposerait en deux atomes d’oxygène. Pour compléter notre équation chimique, il ne faut pas oublier d’écrire la lumière au-dessus de la flèche de réaction car elle nécessite de la lumière UV pour démarrer, ce qui fait de cette réaction une réaction photochimique. Cette réaction décrit la première étape de la réaction de formation d’ozone dans l’atmosphère terrestre.
L’étape suivante de la réaction implique que chacun de ces atomes d’oxygène produits frappent une autre molécule d’oxygène gazeux, et forment chacun une molécule d’ozone ou O3. Cette réaction photochimique déclenchée par la lumière UV qui frappe l’oxygène de l’atmosphère est très importante pour la vie sur Terre, car l’ozone protège des effets nocifs du rayonnement UV. Mais cette question ne nous interrogeait que sur la première étape de ce processus, la décomposition du gaz O2 en deux atomes d’oxygène par la lumière UV.
Maintenant, résumons ce que nous avons appris dans cette vidéo avec les points clés. Une réaction photochimique est une réaction chimique initiée par une absorption de lumière. Une réaction photochimique aura le mot lumière écrit au-dessus de la flèche de réaction dans son équation chimique. Un exemple courant de réaction photochimique est le processus de photosynthèse que les plantes utilisent pour fabriquer de la nourriture ainsi que la formation et la destruction de l’ozone dans la haute atmosphère terrestre.
