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Le profil de réaction ci-dessous montre que le graphite est plus stable que le diamant. Cependant, la conversion du diamant en graphite est très difficile. Laquelle des affirmations suivantes explique pourquoi ? (A) Le diamant ne conduit pas l’électricité. (B) L’énergie nécessaire pour rompre les liaisons covalentes entre les atomes de carbone est faible. (C) La réaction est exothermique, pas endothermique. (D) La différence d’énergie entre le diamant et le graphite est très faible. Ou (E) l’énergie d’activation pour la conversion du diamant en graphite est très élevée.
Il est important de noter que l’expression conversion du diamant en graphite fait référence à la réaction chimique de la transformation du diamant en graphite, même si les deux présente un structure covalente en réseau, à base de carbone élémentaire pur, qui s’étendent au-delà de ce qui peut être tracé ici. Pour le dire simplement, dans le diamant chaque atome de carbone est lié de manière covalente à quatre autres atomes de carbone, tandis dans le graphite les atomes de carbone sont liés de manière covalente seulement à trois autres atomes de carbone. Cette différence dans la façon dont les atomes de carbone sont liés signifie que la conversion du diamant en graphite implique la rupture des liaisons covalentes entre les atomes de carbone dans le diamant pour former de nouvelles liaisons covalentes différentes entre les atomes de carbone dans le graphite.
Parce que nous recherchons un énoncé qui explique pourquoi cette réaction chimique est difficile, nous pouvons immédiatement éliminer l’énoncé dans le choix de réponse (A). Bien que cette affirmation soit vraie, la conductivité électrique est une propriété physique, qui est définie comme une caractéristique d’une substance qui peut être observée ou mesurée sans changer l’identité de la substance et n’explique pas pourquoi cette réaction chimique est difficile.
Avec les autres affirmations relatives au profil de réaction fourni, discutons brièvement de ce que ce profil de réaction nous dit sur la réaction chimique en question. On nous dit que le graphite est plus stable que le diamant. Le profil de réaction le décrit correctement car le niveau d’énergie du graphite, le produit, est inférieur à celui du diamant, le réactif. Lorsque les produits sont à un niveau d’énergie inférieur à celui des réactifs, cela est dû au fait que de l’énergie est libérée, généralement sous forme de chaleur, ce qui signifie que la conversion du diamant en graphite est exothermique et signifie également que le choix de réponse (C) est vrai. Cependant, confirmer que la réaction est exothermique n’explique pas pourquoi la réaction elle-même est difficile. Nous pouvons donc éliminer le choix de réponse (C).
En continuant à comparer les niveaux d’énergie du diamant et du graphite, la différence d’énergie entre les produits et les réactifs dans cette réaction, connue sous le nom de variation d’enthalpie ou Δ𝐻, est non seulement négative parce qu’il s’agit d’une réaction exothermique, mais elle est également faible. En regardant le choix de réponse (D), cette affirmation est également vraie. Mais encore une fois, savoir que cette réaction dégage une petite quantité d’énergie ou de chaleur n’explique pas pourquoi la réaction est difficile. Par conséquent, nous pouvons également éliminer le choix de réponse (D) à ce stade.
Les affirmations énumérées dans les choix de réponses (B) et (E) concernent la partie de la voie réactionnelle entre les niveaux d’énergie du réactif et du produit. Dans une réaction chimique, les liaisons sont rompues dans les particules de réactif afin de former de nouvelles liaisons dans les particules du produit. Pour que ce processus se produise, une quantité minimale d’énergie est requise. Ceci est connu comme l’énergie d’activation 𝐸 a, qui est définie comme la quantité minimale d’énergie requise par les particules de réactif pour entrer en collision et réagir les unes avec les autres, autrement connu comme l’augmentation de l’énergie nécessaire pour démarrer la réaction. Si la réaction chimique est fournie avec une quantité d’énergie désignée par 𝐸 qui est inférieure à 𝐸 a, alors les réactifs ne pourront pas se transformer en produits, et la réaction ne se produira pas.
En regardant 𝐸 a sur le profil de réaction, nous pouvons voir que 𝐸 a est assez grand ou élevé pour cette réaction, ce qui signifie qu’il faut beaucoup d’énergie pour briser les liaisons covalentes entre les atomes de carbone dans le diamant afin de créer de nouvelles liaisons covalentes entre les atomes de carbones dans le graphite formé. Sur la base de ces informations, le choix de réponse (B) est faux, car le grand 𝐸 requis pour cette réaction indique que l’énergie nécessaire pour rompre les liaisons entre les atomes de carbone est assez grande. En conséquence, nous pouvons éliminer le choix de réponse (B), ce qui laisse la bonne réponse étant le choix de réponse (E).
Par conséquent, quelle affirmation explique pourquoi la conversion du diamant en graphite est difficile ? La réponse est l’option (E). L’énergie d’activation pour la conversion du diamant en graphite est très élevée.
