Vidéo de la leçon: Les réactions réversibles et irréversibles Chimie

Transcription de la vidéo

Nous pensons généralement que les réactions se produisent dans une seule direction, où les réactifs réagissent pour former les produits. Mais nous verrons dans cette vidéo comment certaines réactions peuvent aller dans le sens opposé, où les produits peuvent réagir pour former des réactifs. Dans ce cas, la réaction est réversible. Dans cette vidéo, nous allons apprendre à définir la réversibilité dans les réactions chimiques, à reconnaître des exemples de processus réversibles et irréversibles, et à discuter de la manière dont le changement des conditions d’une réaction peut la faire aller dans le sens inverse.

Au début des années 1800, les scientifiques pensaient que les réactions n’allaient que dans un seul sens, ce qui semble raisonnable. Après tout, pour de nombreux processus, on ne peut pas faire que les choses réagissent dans le sens opposé. Imaginez-vous en train d’inverser une réaction de combustion, par exemple lorsque le méthane brûle avec de l’oxygène pour former du gaz carbonique et de l’eau. Il faudrait forcer le dioxyde de carbone et l’eau à réagir pour former à nouveau du méthane et de l’oxygène. Impossible ! Mais il y avait un chimiste français nommé Claude Louis Berthollet qui étudiait une réaction où le carbonate de sodium réagit avec le chlorure de calcium pour former du carbonate de calcium et du chlorure de sodium.

Il a fait un voyage à un lac salé où il a fait une observation intéressante. Du carbonate de sodium se formait au bord du lac. Il a finalement réalisé que la grande quantité de sel (ou chlorure de sodium) dans le lac salé réagissait avec le carbonate de calcium que l’on trouve dans les coquilles des organismes marins. En d’autres termes, la réaction allait dans le sens inverse de ce qu’il étudiait au laboratoire. Il se trouve que de nombreuses réactions ne vont pas seulement dans le sens direct, où les réactifs réagissent pour former les produits. Il y a beaucoup de réactions qui peuvent aller également dans le sens inverse, où les produits peuvent réagir pour former les réactifs.

Lorsque la réaction ne peut aller que dans le sens direct, comme la combustion du méthane, cela s’appelle une réaction irréversible. Mais lorsque la réaction va à la fois dans le sens direct et dans le sens inverse, on l’appelle une réaction réversible. Nous pouvons indiquer une réaction réversible dans notre équation chimique en utilisant deux flèches simples en direction opposée. Alors, qu’est ce qui fait que les réactions peuvent parfois aller dans le sens direct et d’autres fois dans le sens inverse, comme l’a vu Berthollet avec sa réaction? Eh bien, il s’avère que changer les conditions dans lesquelles une réaction se produit peut parfois entraîner l’inversion de la réaction. Pour avoir une idée de cela, jetons un coup d’œil sur quelques exemples classiques de réactions réversibles.

Le sulfate de cuivre anhydre (II) est une poudre blanche, mais quand il est en contact avec l’eau, il forme un sel hydraté et devient bleu. Cela est extrêmement utile comme test pour déterminer si la substance est de l’eau. Lorsque vous chauffez ce sulfate de cuivre (II) hydraté bleu, cela chasse l’eau du sel, provoquant que la réaction aille en sens inverse, ce qui nous donne à nouveau la poudre blanche (le sulfate de cuivre (II) anhydre).

Le NH4Cl (ou chlorure d’ammonium) est une autre poudre blanche. Quand il est chauffé, il se décompose, formant deux gaz incolores : l’ammoniac et le chlorure d’hydrogène. Si vous effectuez cette réaction dans un tube à essai bouché, vous remarquerez que, au fur et à mesure de la réaction, une poudre blanche se formera au niveau du culot du tube à essai. Cette poudre blanche qui se forme est en fait du chlorure d’ammonium, la même substance avec laquelle nous avons commencé. Lorsque les gaz d’ammoniac et de chlorure d’hydrogène se refroidissent suffisamment, ils réagissent entre eux, provoquant la réaction dans le sens inverse et formant à nouveau du chlorure d’ammonium.

Maintenant, cela ne signifie pas que toutes les réactions vont dans le sens direct ou inverse parce que nous ajoutons ou supprimons de la chaleur. Il y a beaucoup d’autres réactions réversibles qui se produisent dû à des changements de d’autres types de conditions, comme dans le cas des indicateurs de pH. Les indicateurs de pH sont extrêmement utiles dans les expériences de réaction acide-base comme les titrages des solutions. Nous pouvons ajouter quelques gouttes d’indicateur à notre analyte dans notre expérience de titrage afin de pouvoir surveiller approximativement le pH de la solution. Lorsque nous ajoutons pour la première fois l’indicateur de pH à notre solution, c’est d’une couleur. Mais au fur et à mesure que nous effectuons l’expérience de titrage, dans ce cas, en ajoutant une base à un acide, le pH changera. À un certain moment, lorsque nous avons ajouté suffisamment de base, l’indicateur de pH changera soudainement de couleur.

Il s’avère que ces indicateurs de pH sont de grandes molécules organiques qui ont deux formes. Sous une forme, l’indicateur a un hydrogène, et c’est une couleur. Dans l’autre forme, l’indicateur a perdu cet hydrogène, et c’est une autre couleur. La couleur de l’indicateur change en fonction de la concentration en ions hydrogène dans la solution. Quand il y a plus d’ions H+ dans la solution (ce qui signifie que la solution est acide), l’indicateur est d’une couleur. Mais au fur et à mesure que nous ajoutons la base au cours de cette expérience, il réagira avec les ions H+ de la solution provoquant une diminution de la concentration en ions H+, ce qui rendra la solution plus basique et l’indicateur changera de couleur.

Puisque le pH est lié à la concentration d’ions hydrogène dans la solution, nous pouvons utiliser la couleur de l’indicateur de pH pour nous donner une estimation approximative du pH de la solution. Le pH exact de ce changement de couleur dépend des propriétés de l’indicateur. Nous avons de nombreuses molécules différentes qui peuvent agir comme indicateur, ce qui signifie que nous avons des indicateurs que nous pouvons utiliser pour diverses valeurs de pH.

Maintenant, ces exemples ne doivent pas suggérer que pour toutes les réactions réversibles, la réaction directe se produit dans certaines conditions et la réaction inversée se produit dans d’autres conditions. Parfois, les réactions directe et inverse se produisent en même temps. Cela est fréquent dans les réactions impliquant des acides faibles et des bases faibles. Par exemple, lorsque nous introduisons l’acide faible (l’acide fluorhydrique) dans l’eau, il se dissociera et formera des ions H+ et des ions F-. Mais aussi les ions F- sont capables de réagir avec les ions H+ pour former de l’acide fluorhydrique. Puis ces nouvelles molécules d’acide fluorhydrique peuvent se dissocier pour former des ions H+ et des ions F-. Et une partie des ions F- existants va à nouveau réagir avec les ions hydrogène pour former de l’acide fluorhydrique.

En d’autres termes, la réaction directe et la réaction inverse se produisent en même temps. Lorsque cela arrive, les réactions directe et inverse continueront à se produire jusqu’à ce que le système atteigne un équilibre, où la concentration d’acide fluorhydrique, d’ions hydrogène et d’ions F- ne change plus. Or, cet équilibre n’est pas un équilibre statique, où la vitesse de la réaction directe est nulle et celle de la réaction inverse l’est aussi. Au lieu de cela, les deux réactions ont toujours lieu. Leurs vitesses sont juste égales les unes aux autres, donc il n’y a pas de changement net dans les concentrations de nos espèces chimiques. Ce type d’équilibre s’appelle un équilibre dynamique.

Maintenant, il y a un dernier sujet à discuter avant de mettre en pratique ce que nous avons appris, et c’est le rôle de l’énergie dans les réactions réversibles. Au cours d’une réaction chimique, une partie ou la totalité des liaisons entre les atomes de nos réactifs se brisent, de sorte que les atomes peuvent se réorganiser pour former les produits. Le processus de rupture des liaisons nécessite de l’énergie. Un processus qui doit absorber de l’énergie est endothermique. Inversement, le processus de formation de liaisons est exothermique. Il libère de l’énergie. Lorsqu’une réaction libère plus d’énergie qu’elle n’en absorbe, elle est exothermique, ce qui correspond à une variation négative de l’enthalpie. Mais lorsqu’une réaction absorbe plus d’énergie qu’elle n’en libère, elle est endothermique, ce qui correspond à une variation positive de l’enthalpie.

Maintenant, qu’est-ce que cela signifie pour les réactions réversibles? Eh bien, disons que notre réaction directe est endothermique, donc la réaction a une variation positive de l’enthalpie. Quelle serait la réaction inverse? Lorsque nous regardons notre diagramme, nous pouvons voir que lorsque nous passons des produits aux réactifs, la réaction est endothermique parce que nous avons une variation positive de l’enthalpie. Mais lorsque nous allons dans l’autre sens, en formant les réactifs à partir des produits, la variation d’enthalpie est négative, ce qui signifie que la réaction est exothermique. Cela sera toujours vrai pour les réactions réversibles. Dans un sens, la réaction sera endothermique, et dans l’autre sens, elle sera exothermique.

Cependant, lorsque nous examinons la variation globale de l’enthalpie de la réaction, ce sera la même chose : seul le signe sera différent. En d’autres termes, si dans le sens direct la variation d’enthalpie est de 100 joules, elle sera égale à moins 100 joules dans le sens inverse. Maintenant que nous avons discuté de tout ce que nous devons savoir sur les réactions réversibles et irréversibles, voyons quelques problèmes pratiques.

Lequel des énoncés suivants au sujet des réactions réversibles est vrai? (A) Une réaction réversible est souvent une réaction de combustion. (B) Une réaction réversible est indiquée par une double flèche simple dans une équation chimique. (C) Une réaction réversible est une réaction chimique qui peut se produire dans les deux sens. (D) Une réaction réversible mets toujours en jeu des sels hydratés et des sels anhydres. (E) Une réaction réversible est endothermique dans les deux sens.

Une réaction réversible est une réaction qui non seulement va dans le sens direct où les réactifs réagissent pour former les produits, mais aussi dans le sens inverse où les produits réagissent pour former les réactifs. Nous pouvons l’indiquer dans notre équation chimique en utilisant deux flèches simples en direction opposée. Avec cette information, le choix de réponse (C) est clairement la bonne réponse. Une réaction réversible est une réaction chimique qui peut se produire dans les deux sens, le sens direct et le sens inverse. Mais regardons rapidement les autres réponses pour voir pourquoi elles sont fausses.

La réponse (A) affirme qu’une réaction réversible est souvent une réaction de combustion. Un exemple de réaction de combustion est la combustion du méthane, où le méthane brûle dans l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau. Si cette réaction était réversible, elle devrait aller dans le sens inverse, où le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour former du méthane et de l’oxygène. Il est difficile d’imaginer ce processus se produire. Étant donné que les réactions de combustion ne vont généralement pas dans le sens inverse, elles ne sont pas souvent réversibles. La réponse (B) affirme que les réactions réversibles sont indiquées par une double flèche simple. Mais nous avons vu comment les réactions réversibles sont indiquées par deux flèches simples en direction opposée dans une équation chimique.

La réponse (D) affirme qu’une réaction réversible implique toujours des sels hydratés et des sels anhydres. Il existe de nombreux exemples de réactions réversibles impliquant des sels hydratés et anhydres. Par exemple, le sulfate de cuivre (II) anhydre peut réagir avec l’eau pour former du sulfate de cuivre (II) hydraté. Cette réaction peut être inversée lorsque le sulfate de cuivre (II) hydraté est chauffé. Mais il existe de nombreux exemples de réactions réversibles où n’interviennent pas ces sels hydratés ; par exemple, la réaction de n’importe quel acide faible ou base faible avec de l’eau, comme l’acide fluorhydrique. Donc les réactions réversibles impliquent parfois des sels hydratés et anhydres, mais pas toujours.

Notre dernière réponse dit qu’une réaction réversible est endothermique dans les deux sens. Rappelons que « endothermique » signifie que la variation d’enthalpie de la réaction est positive. Cela signifie que, globalement, la réaction emmagasine de l’énergie. En regardant le schéma d’un diagramme d’énergie, nous pouvons voir que la réaction directe où A plus B réagit pour former C plus D est endothermique, puisque la variation d’enthalpie est positive. Mais qu’en est-il de la direction inverse où C plus D réagissent pour former A plus B? Dans ce cas, nous obtiendrions une variation d’enthalpie négative, ce qui signifie que la réaction inverse est exothermique et non endothermique. Donc, une réaction réversible sera endothermique dans un sens, mais exothermique dans l’autre sens.

Donc, parmi les affirmations que nous avons examinées, la seule qui soit vraie à propos des réactions réversibles est qu’une réaction réversible peut avoir lieu dans les deux sens.

Quelle est la réaction à l’envers pour la réaction réversible suivante? CoCl2 plus 6H2O en équilibre avec CoCl2 6H2O.

Une réaction réversible est une réaction qui peut aller dans les deux sens. Cela signifie que non seulement cette réaction peut aller dans le sens direct, où le chlorure de cobalt (II) anhydre réagit avec l’eau pour former du chlorure de cobalt (II) hydraté, mais que la réaction peut également revenir dans l’autre sens, ce que on nous demande dans cette question. Dans le sens direct, comme nous venons de le voir, les réactifs se transforment en produits. Mais dans la réaction inverse, les produits se transforment en réactifs. La réaction inverse de cette réaction chimique serait donc que nos produits, le CoCl2.6H2O, réagisse pour former nos réactifs : le chlorure de cobalt (II) anhydre et l’eau.

Maintenant, résumons tout ce que nous avons appris avec les points clés de cette leçon. Lorsqu’une réaction va dans le sens direct, les réactifs donnent les produits. Et quand une réaction va dans le sens inverse, les produits donnent les réactifs. Si une réaction peut aller dans les deux sens (direct et inverse), c’est une réaction réversible que nous indiquons avec deux flèches simples en direction opposée. Mais si une réaction ne peut aller que dans le sens direct, c’est une réaction irréversible, que nous pouvons indiquer dans notre équation chimique en utilisant une flèche simple. La modification des conditions dans lesquelles une réaction se produit peut entraîner l’inversion de la réaction. Les réactions réversibles sont toujours endothermiques dans un sens et exothermiques dans l’autre sens.