Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire les réactions de décomposition thermique et nous en donnerons des exemples. Nous expliquerons pourquoi la décomposition thermique est une transformation chimique, nous nous servirons d’équations chimiques pour représenter ces réactions et montrerons les précautions de sécurité liées à la décomposition thermique en laboratoire.
Une réaction de décomposition est un type de réaction chimique dans laquelle un composé se décompose en substances plus simples. Le réactif d’une réaction de décomposition est un composé, et les produits d’une réaction de décomposition peuvent être des éléments, des composés, ou les deux. Le type de réaction de décomposition le plus courant est appelé décomposition thermique.
La décomposition thermique est la décomposition d’une substance lorsqu’elle est chauffée pour former deux ou plusieurs autres substances. Le facteur qui provoque la réaction chimique est la chaleur. Dans une équation chimique, le symbole 𝛥, qui ressemble à un triangle, représente l’addition de chaleur. Nous savons que la chaleur peut être ajoutée à une substance pour changer son état, comme pour faire fondre la glace, et que cela serait considéré comme une transformation physique.
En revanche, dans une réaction de décomposition thermique, la chaleur provoque une transformation chimique. De nouvelles substances se forment et nous pouvons observer les signes d’une transformation chimique, tels que la formation d’un gaz, un changement de couleur ou une odeur. De nombreux types de composés peuvent subir des réactions de décomposition thermique. En fait, de nombreux carbonates de métaux peuvent être décomposés lorsqu’ils sont chauffés pour produire un oxyde métallique et du dioxyde de carbone.
Les carbonates de métaux sont des composés chimiques composés de cations métalliques chargés positivement et d’anions carbonates chargés négativement. L’anion carbonate a la formule chimique CO32−. Quelques exemples de carbonates de métaux qui subissent des réactions de décomposition thermique sont le carbonate de cuivre(II), le carbonate de plomb(II) et le carbonate de zinc. Le carbonate de potassium est un autre exemple de carbonate de métal, mais il a besoin de beaucoup plus de chaleur pour se décomposer par rapport aux autres carbonates énumérés. Les formules chimiques des carbonates de métaux sont toujours écrites avec les cations métalliques en premier et l’anion carbonate en second.
Dans le carbonate de cuivre(II), l’ion cuivre a une charge de deux plus et l’ion carbonate a une charge de deux moins. Les composés chimiques sont neutres. La somme totale des charges doit donc être nulle, ce qui est vrai dans ce cas. Par conséquent, la formule chimique du carbonate de cuivre(II) est CuCO3. Pour le carbonate de plomb(II) et le carbonate de zinc, la somme des charges ioniques est également nulle. Par conséquent, les formules chimiques de ces deux composés sont PbCO3 et ZnCO3.
Quand un carbonate de métal est chauffé et qu’il se décompose, il y a deux produits : un oxyde métallique et du dioxyde de carbone. Disons que du carbonate de plomb(II) solide dans un tube à essai est chauffé avec un bec Bunsen, ce qui provoque la décomposition du carbonate de plomb(II). Le carbonate de plomb(II), qui est un solide blanc, est le réactif de la réaction de décomposition thermique. Après la réaction, il reste un solide dans le tube à essai, mais le solide est jaune. Ce changement de couleur est le signe qu’une réaction chimique a eu lieu. Le solide jaune est connu sous le nom d’oxyde de plomb(II) et a la formule chimique PbO. Mais l’oxyde de plomb(II) n’est qu’un des produits de la réaction. L’autre produit est le dioxyde de carbone.
Si nous comparons la masse du solide dans le tube à essai avant la réaction au solide dans le tube à essai après la réaction, nous verrions que la masse a diminué. Nous devrions nous attendre à ce que la masse soit la même avant et après la réaction, car la loi de conservation des masses stipule que la masse des produits doit être égale à la masse des réactifs dans une réaction chimique. Le problème est que le dioxyde de carbone gazeux formé dans la réaction s’est échappé du tube à essai avant que nous puissions trouver la masse.
Maintenant que nous savons que les carbonates de métaux peuvent être décomposés par chauffage pour produire un oxyde métallique et du dioxyde de carbone gazeux, allons découvrir comment ces réactions sont représentées à l’aide d’équations chimiques. Le carbonate de zinc est un carbonate de métal qui se décompose lorsqu’il est chauffé. Écrivons le bilan pour représenter cette réaction. Le carbonate de zinc est le réactif de la réaction. Nous allons donc l’écrire avant la flèche de la réaction. Au-dessus de la flèche de la réaction, nous devons utiliser le symbole 𝛥 pour représenter le chauffage. Il y a deux produits dans la réaction. L’un des produits est l’oxyde de zinc, qui est un oxyde métallique, et l’autre produit est le dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est toujours l’un des produits de la décomposition thermique d’un carbonate de métal.
Au lieu de représenter la réaction en utilisant les noms des substances impliquées, nous pouvons également écrire une équation chimique en utilisant des formules chimiques. La formule chimique du carbonate de zinc est ZnCO3. Le carbonate de zinc est un solide, nous pouvons donc également inclure le symbole de l’état « s ». Le produit, l’oxyde de zinc, est également un solide et il a la formule chimique ZnO. Et la formule chimique du dioxyde de carbone, que nous connaissons bien, est CO2. Le dioxyde de carbone est un gaz, nous allons donc utiliser le symbole « g » ici.
Le carbonate de zinc et l’oxyde de zinc ont une apparence similaire; ce sont tous les deux des solides blancs. Comment pouvons-nous déterminer si une réaction chimique a eu lieu ? Nous avons besoin d’un moyen de détecter le dioxyde de carbone qui a été produit. Un appareil utilisé pour détecter la formation du gaz de dioxyde de carbone utilise les pièces suivantes : un tube à essai pour le chauffage, qui contient le carbonate de zinc solide et qui est fixé à un support pour le maintenir en place. Un bec Bunsen à flamme bleue réglable est utilisé pour chauffer en permanence le carbonate de zinc dans le tube à essai.
Lorsque le dioxyde de carbone est produit à l’intérieur du tube à essai qui est chauffé, il passe à travers un tube à dégagement et dans un tube à essai rempli d’eau de chaux. L’eau de chaux est une solution aqueuse d’hydroxyde de calcium. Au fur et à mesure que le dioxyde de carbone gazeux forme des bulles dans l’eau de chaux, la solution d’eau de chaux commence à devenir trouble. Ce signe visuel utile nous indique que le carbonate de zinc s’est en effet décomposé en oxyde de zinc et en dioxyde de carbone.
Maintenant, nous devons discuter des précautions de sécurité requises lorsqu’on réalise la décomposition thermique en laboratoire. Avant de commencer notre expérience, nous devons mettre nos lunettes de protection; inspecter la verrerie, comme les tubes à essai, à la recherche d’éclats ou de fissures; et dégager notre zone de travail de tous les matériaux inflammables. Après que nous ayons vu l’eau de chaux devenir trouble, la réaction est terminée.
Après avoir éteint le bec Bunsen, il est extrêmement important que le tube à dégagement soit déconnecté du tube à essai contenant l’eau de chaux. Si le tube à dégagement n’est pas déconnecté du tube à essai rempli d’eau de chaux, alors au fur et à mesure que l’équipement se refroidit, l’eau de chaux pourrait refluer dans le tube à essai chauffé, ce qui pourrait fissurer le verre ou même le briser. L’effet est connu sous le nom de refoulement et peut être évité en retirant le tube à dégagement dès que le bec Bunsen est éteint. Chauffer des produits chimiques dans de la verrerie en laboratoire est dangereux. Assurez-vous de respecter les consignes de sécurité et les instructions de votre professeur.
Il existe d’autres types de composés chimiques qui peuvent subir des réactions de décomposition thermique. Par exemple, l’hydroxyde de cuivre(II) se décompose en chauffant pour former de l’oxyde de cuivre(II) et de l’eau. Et le sulfate de cuivre(II) se décompose en chauffant pour produire de l’oxyde de cuivre(II) et du trioxyde de soufre gazeux. Ces deux réactions sont très similaires. Elles produisent toutes deux de l’oxyde de cuivre(II), qui est un oxyde métallique. Le chauffage de l’hydroxyde de cuivre produit de la vapeur d’eau, tandis que le chauffage du sulfate de cuivre(II) produit du trioxyde de soufre gazeux. Si nous comparons ces deux réactions à la décomposition thermique du carbonate de cuivre(II), nous verrions que les trois réactions produisent toutes de l’oxyde de cuivre(II), mais que des gaz différents sont produits dans chaque réaction.
Parlons de deux autres réactions de décomposition thermique. L’oxyde de mercure(II) se décompose en chauffant pour former du mercure élémentaire et de l’oxygène gazeux. Et le nitrate de sodium se décompose lors du chauffage pour former du nitrite de sodium et de l’oxygène gazeux. Nous remarquons que dans ces deux réactions de décomposition, l’oxygène gazeux est l’un des produits. En laboratoire, nous ne pouvons pas voir l’oxygène gazeux être produit. Cependant, si nous brûlons une attelle en bois puis que nous éteignons la flamme en soufflant doucement pour que l’attelle rougeoie, alors lorsque nous plaçons l’attelle en bois rougeoyante dans le tube à essai, l’attelle se rallumera et brûlera vivement si de l’oxygène gazeux est produit.
Avant de résumer ce que nous avons appris sur la décomposition thermique dans cette vidéo, examinons une question.
Laquelle des équations chimiques suivantes montre la décomposition thermique du carbonate de zinc ? (A) ZnCO3 solide réagit pour former ZnO solide plus CO2 gazeux. (B) ZnO solide plus CO2 gazeux réagissent pour former ZnCO3 solide. (C) ZnC2 plus O2 gazeux réagissent pour former deux ZnO solide plus CO2 gazeux. (D) Deux ZnO solide plus C solide réagissent pour former deux Zn solide plus CO2 gazeux. (E) Deux Zn solide plus O2 gazeux réagissent pour former deux ZnO solide.
Dans cette question, on nous demande d’identifier laquelle parmi les équations chimiques fournies dans les choix de réponses représente correctement la décomposition thermique du carbonate de zinc. La décomposition thermique est définie comme la décomposition d’une substance lorsqu’elle est chauffée pour former deux ou plusieurs autres substances. Parce que le processus de décomposition thermique forme de nouvelles substances, il s’agit d’un type de réaction chimique et il peut être représenté par une équation chimique.
En lisant attentivement cette définition, nous remarquons que lors d’une réaction de décomposition thermique, un réactif se décompose pour former deux produits ou plus. En gardant cette définition à l’esprit, examinons les choix de réponse qui nous sont fournis. Dans tous les choix de réponse, à l’exception des choix de réponse (B) et (E), deux produits ou plus sont formés. Dans le choix de réponse (B), le solide ZnCO3 est le seul produit formé. Et dans le choix de réponse (E), le solide ZnO est le seul produit formé. Comme ces deux équations chimiques n’ont qu’un seul produit, elles ne peuvent pas représenter des réactions de décomposition thermique. Nous pouvons donc les éliminer.
Voyons maintenant de plus près les choix de réponse (C) et (D). Dans ces deux équations chimiques, nous remarquons qu’il y a deux réactifs. Par définition, une réaction de décomposition thermique se produit lorsqu’un réactif est décomposé par le chauffage. Par conséquent, ces deux équations chimiques ne peuvent pas représenter la décomposition thermique du carbonate de zinc.
Donc, le choix de réponse (A) doit être la bonne réponse. Mais discutons un peu plus du pourquoi. Le carbonate de zinc est un type de composé appelé carbonate de métal. Lorsque les carbonates de métaux subissent une réaction de décomposition thermique, ils produisent un oxyde métallique et du dioxyde de carbone gazeux. Les carbonates de métaux sont composés d’ions métalliques chargés positivement et d’ions carbonates chargés négativement. Une unité de carbonate de zinc est composée d’un ion zinc deux plus et de l’ion carbonate. La somme des charges de ces deux ions est nulle. Par conséquent, la formule chimique du carbonate de zinc peut être écrite comme étant ZnCO3.
Lorsque le carbonate de zinc est chauffé, il se décompose pour produire de l’oxyde de zinc, qui est l’oxyde métallique, et du dioxyde de carbone gazeux. Par conséquent, l’équation chimique qui montre la décomposition thermique du carbonate de zinc est le choix de réponse (A). Le solide ZnCO3 réagit pour former du ZnO solide plus du CO2 gazeux.
Résumons ce que nous avons appris sur la décomposition thermique. Tout d’abord, la décomposition thermique est une transformation chimique. De nouvelles substances sont produites, et nous pouvons voir les signes d’une réaction chimique, telle qu’un gaz qui est produit ou un changement de couleur. Une réaction de décomposition thermique se produit lorsqu’une substance est chauffée et se décompose en deux ou plusieurs nouvelles substances. Quand un carbonate de métal se décompose thermiquement, les produits de la réaction sont un oxyde métallique et du dioxyde de carbone. La présence de dioxyde de carbone gazeux produit peut être détectée en le faisant barboter dans l’eau de chaux. L’eau de chaux, qui est une solution aqueuse d’hydroxyde de calcium, deviendra trouble en présence de dioxyde de carbone gazeux.
Nous devons suivre les consignes de sécurité lorsque nous chauffons des produits chimiques en laboratoire. Nous devons toujours porter nos lunettes de protection et inspecter la verrerie à la recherche d’éclats ou de fissures avant de l’utiliser dans une expérience. Et il est très important d’éviter le refoulement, ce qui peut conduire à une situation dans laquelle un tube à essai chaud rempli de produits chimiques pourrait se briser. Enfin, nous avons également appris qu’en dehors des carbonates de métaux, d’autres substances subissent également des réactions de décomposition thermique, telles que l’hydroxyde de cuivre, le sulfate de cuivre, le nitrate de sodium et l’oxyde de mercure.
