Quand le fer et le soufre réagissent pour former du sulfure de fer, la matière disparaît-elle vraiment, ou se transforme-t-elle simplement ? Deux lois fondamentales permettent de répondre, et de prévoir précisément le résultat de toute réaction chimique.
I. La loi de conservation de la masse
Une expérience classique permet de vérifier la conservation de la masse : on chauffe un mélange de 7 g de fer et 4 g de soufre, dans un récipient fermé pour que rien ne s’échappe. Après la réaction, on obtient exactement 11 g de sulfure de fer.
Loi de conservation de la masse. Au cours d’une réaction chimique, la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui se forment : il y a conservation de la masse. Cette loi est résumée par la célèbre phrase du chimiste Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
II. La loi de conservation des atomes
Loi de conservation des atomes. Au cours d’une réaction chimique, les atomes présents dans les réactifs sont identiques, en genre et en nombre, aux atomes présents dans les produits : il y a conservation des atomes. C’est cette conservation, à l’échelle des atomes, qui explique la conservation de la masse.
Exemple : dans la réaction C + O2 → CO2, on compte 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène du côté des réactifs, et exactement 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène du côté du produit (CO2) : les atomes ne sont ni créés ni détruits, ils se réarrangent simplement autrement.
III. Écrire et équilibrer une équation chimique
Pour respecter la loi de conservation des atomes, il faut parfois équilibrer une équation à l’aide de nombres appelés coefficients stœchiométriques, placés devant les formules chimiques. Ce sont des nombres entiers positifs qui indiquent les proportions dans lesquelles les espèces chimiques réagissent ou se forment.
Exemple : l’équation H2 + O2 → H2O n’est pas équilibrée, car on compte 2 atomes d’oxygène à gauche (dans O2) mais seulement 1 à droite (dans H2O). L’équation équilibrée correcte est : 2 H2 + O2 → 2 H2O — on vérifie alors 4 atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène de chaque côté.
IV. Synthèse
Deux lois fondamentales gouvernent toute réaction chimique : la conservation de la masse (masse des réactifs = masse des produits) et la conservation des atomes (mêmes atomes, en genre et en nombre, avant et après la réaction). Cette seconde loi impose parfois d’équilibrer l’équation à l’aide de coefficients stœchiométriques.
Exercice d’application
Exercice 1. Énonce la loi de conservation de la masse, puis la phrase de Lavoisier qui la résume.
Exercice 2. On chauffe 7 g de fer avec 4 g de soufre. Quelle est la masse du sulfure de fer obtenu ? Quelle loi utilises-tu ?
Exercice 3. L’équation H2 + O2 → H2O est-elle équilibrée ? Justifie, puis propose l’équation correcte.
Exercice 4. Dans l’équation C + O2 → CO2, vérifie que les atomes sont conservés (compte les atomes de chaque type de chaque côté).
Exercice 5. Pourquoi doit-on parfois placer des coefficients stœchiométriques devant les formules chimiques d’une équation ?
Corrigés
Corrigé 1. Au cours d’une réaction chimique, la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui se forment. Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
Corrigé 2. La masse du sulfure de fer est 7 + 4 = 11 g, d’après la loi de conservation de la masse (masse des réactifs = masse des produits).
Corrigé 3. Non, elle n’est pas équilibrée : à gauche il y a 2 atomes d’oxygène, à droite seulement 1. L’équation correcte est 2 H2 + O2 → 2 H2O.
Corrigé 4. À gauche : 1 atome de carbone, 2 atomes d’oxygène. À droite (CO2) : 1 atome de carbone, 2 atomes d’oxygène. Les atomes sont bien conservés.
Corrigé 5. Pour respecter la loi de conservation des atomes : sans coefficients, le nombre d’atomes de chaque élément n’est souvent pas le même des deux côtés de l’équation ; les coefficients permettent d’ajuster les proportions pour que ce nombre soit identique avant et après la réaction.
