Les quantités qui réagissent — Chimie, 14–17 ans
Utiliser une équation équilibrée comme une recette pour convertir la quantité d’une substance chimique en celle d’une autre.
Une équation comme recette
Une équation chimique équilibrée donne le rapport entre les particules dans une réaction et donc aussi le rapport entre les quantités de matière. On peut l’utiliser comme une recette : convertir une masse connue en moles, utiliser l’équation pour trouver la nouvelle quantité en moles, puis reconvertir en grammes. Les coefficients représentent des quantités ; ils ne sont pas décoratifs.
Pourquoi calculer les quantités ?
Une réaction peut être écrite avec des symboles, mais une expérience réelle nécessite des quantités pesées. Sans calcul, un mélange peut contenir trop de réactif, gaspiller du matériau ou produire moins de produit que prévu. Les chimistes ont développé ces conversions pour relier ce que dit l’équation à l’échelle des particules à ce que mesure une balance au laboratoire.
Exemple résolu : former de l’eau
Pour 2H₂ + O₂ → 2H₂O, calculons l’eau formée à partir de 4,0 g d’hydrogène, en supposant que le dioxygène est en excès. Étape 1 : 4,0 g de H₂ ÷ 2,0 g/mol = 2,0 mol de H₂. Étape 2 : le rapport H₂:H₂O est 2:2, donc on obtient 2,0 mol de H₂O. Étape 3 : 2,0 × 18,0 = 36 g de H₂O.
Le coefficient n’est pas une masse
On peut être tenté de lire 2H₂ + O₂ → 2H₂O comme « 2 grammes plus 1 gramme donnent 2 grammes ». L’équation ne compare pas des masses, mais des nombres de particules ou des moles. Comme l’hydrogène et le dioxygène ont des masses molaires différentes, il faut d’abord convertir en moles, puis revenir aux grammes. L’erreur est compréhensible, car les coefficients ressemblent à des nombres ordinaires.
Planifier une production réelle
Les usines utilisent les quantités qui réagissent pour décider combien de calcaire, de combustible, d’air ou d’autres matières premières introduire dans un procédé. Le calcul aide à maîtriser les coûts et prévoit la quantité maximale de produit possible. Les ingénieurs corrigent ensuite les valeurs pour tenir compte des impuretés et des réactions incomplètes, car une équation simple décrit une réaction idéale, pas tous les détails d’une usine.
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