Exothermique – endothermique





  1. Transformation chimique exothermique
  2. Transformation chimique endothermique
  3. L’énergie thermique
  4. Energie thermique et énergie chimique
  5. Comment savoir si une transformation est exothermique ou endothermique ?
  6. Quelques exemples de transformations exothermiques
  7. Quelques exemples de transformations endothermiques


Par définition une transformation chimique produits de nouvelles espèces à partir de celles présentes dans un système chimique mais elle s’accompagne aussi souvent d’échanges d’énergies. Cette énergie échangée peut être par exemple de nature électrique, lumineuse ou thermique et dans ce dernier cas on distingue deux catégories de transformation: exothermique ou endothermique.

Transformation chimique exothermique

Définition: une transformation chimique est dite exothermique si elle s’accompagne d’une libération d’énergie thermique (de chaleur) dans le système chimique.

Si une transformation est exothermique alors la chaleur libérée conduit à une augmentation de température du système chimique.

L’augmentation de température observée dépend:

  • De la quantité d’énergie thermique libérée (plus elle est élevée et plus la température augmente)
  • De la quantité de matière du système chimique (plus cette dernière est élevée et moins l’élévation de tempétature est important) ainsi que de la nature de cette matière.
  • De la rapidité de la transformation, si une transformation exothermique est lente alors la chaleur libérée aura tendance à se transmettre progressivement vers l’extérieur (à moins que le système chimique ne soit parfaitement isolé)

La quantité d’énergie thermique libérée dépend elle-même:

  • de la nature de la transformation chimique, certaines sont fortement exothermiques (libèrent beaucoup de chaleur) comme les combustions alors que d’autre ne libèrent qu’une quantité très limité d’énergie thermique.
  • de la quantité des de réactifs consommés (la quantité d’énergie libérée est proportionnelle à la quantité de réactifs consommés).
  • de la concentration des réactifs lorsque la transformation se fait en solution

Remarque
Par extension il est courant de qualifier d’exothermique toute transformation chimique libérant de l’énergie, que ce soit sous forme thermique, lumineuse, électrique ou autre bien que dans ce cas il soit plus exact de parle de transformation exoénergétique.



Transformation chimique endothermique

Définition: une transformation chimique est dit endothermique lors de sa réalisation le système chimqiue céde de l’énergie thermique aux réactifs.

Lors d’une transformation endothermique la température du système chimique diminue en une proportion qui dépend des mêmes facteurs que la hausse de température qui accompagne une transformation exothermique: Cette baisse dépend de la quantité de matière du système chimique, de la quantité d’énergie thermique cédée et cette dernière dépend elle-même de la nature de la transformation et de la quantité de réactifs consommés.

Remarque
Il est courant de qualifier d’endothermique une réaction consommant une forme quelconque d’énergie et pas seulement de l’énergie thermique bien que le terme le mieux adapté soit celui de réaction endoénergétique.

L’énergie thermique

L’énergie thermique est aussi appelée chaleur est noté Q (toujours en majuscule) c’est une grandeur algébrique (positive ou négative) qui dépend du système étudié:

  • Si la chaleur est reçue par le système chimique, lors d’une transformation exothermique par exemple, alors la chaleur est positive (Q > 0)
  • Si la chaleur est cédée par le système chimique, lors d’une transformation endothermique par exemple alors la chaleur est négative (Q< 0)

L’énergie, comme toute énergie, a comme unité le Joule (J) mais s’exprime souvent en kilojoule (kJ). Puisque la chaleur échangée dépend de la quantité de réactifs consommés on caractérise souvent une transformation chimique par la chaleur de réaction molaire qui correspond à la chaleur échangée par mole consommée d’un des réactif (cette notion est vue plus en détail en première S).

Energie thermique et énergie chimique

L’énergie est une grandeur qui se conserve, elle peut se transmettre (changer de propriétaire) ou se convertir (changer de forme) mais sa quantité globale ne peut varier par conséquent l’énergie thermique reçue ou cédée par le système chimique lors d’une transformation obéit aussi à ce principe universel.



L’énergie thermique provient s’une conversion de l’énergie chimique des réactifs qui libèrent ou consomment de l’énergie en formant ou en brisant des liaisons, en captant ou en cédant des électrons:

  • En captant ou en cédant des électrons les espèces chimiques vont adopter des structures électroniques différentes ayant des énergies différentes, si le niveau d’énergie final est plus bas alors de l’énergie (thermique) est globalement libérée (transformation exothermique) et si le niveau d’énergie final est plus haut c’est le contraire.
  • Les liaisons covalentes entre éléments résultent d’une interaction électrique complexe entre noyaux et électrons et chaque liaison correspond à un « niveau d’énergie » qui lui est propre. Ainsi la rupture des liaisons au sein des réactifs pour former de nouvelles liaison au sein des produit peut conduire à un état d’énergie globalement plus bas (libération d’énergie et réaction exothermique) mais il est aussi possible d’aboutir à un état d’énergie globalement plus haut atteint en prélevant de l’énergie thermique (réaction endothermique).

Comment savoir si une transformation est exothermique ou endothermique ?

Pour savoir si une transformation est exothermique on peut:

  • Comparer la température de l’état initial du système chimique à la température de son état final. Si la température a augmenté alors la réaction est exothermique sinon elle est endothermique.
  • Vérifier le signe de la chaleur échangée (si celle-ci est connue), un signe positif est associé à une réaction exothermique tandis qu’un signe négatif indique une réaction endothermique.
  • Déterminer si la transformation chimique appartient à une catégorie particulière. Si par exemple il s’agit d’une combustion alors celle-ci est systématiquement exothermique.

Quelques exemples de transformations exothermiques

  • Toutes les combustions complètes ou incomplètes, quel que soit le combustible (charbon, métal, espèces chimiques organique…)
  • Les dissociations d’acides en solution aqueuse (par exemple le chlorure d’hydrogène qui se dissocie dans l’eau en ions hydrogène et en ions chlorure)
  • Les dissociation de base en solution aqueuse (par exemple l’hydroxyde de de sodium qui se dissocie dans l’eau en ions hydroxyde et en ions sodium)
  • Les réactions entre acides et bases
  • Les réactions entre acides et métaux
  • Les réactions entre bases et métaux
  • Les réaction d’oxydation des métaux
  • La formation de sulfate de cuivre hydraté à partir de sulfate de cuivre anhydre et d’eau
  • La réaction entre un métal alcalin (lithium, sodium, potassium, rubidium, césium) avec l’eau (réaction très exothermique)

Quelques exemples de transformations endothermiques

  • Réaction entre de l’acide citrique (du jus citron par exemple !) et de l’hygrogènocarbonate de sodium (bicarbonate de soude)
  • Réaction entre l’eau et le chlorure d’ammonium
  • Dissociation du nitrate de calcium dans l’eau
  • Réaction entre l’hydroxyde de baryum et le chlorure d’ammonium