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Transformation chimique : réactifs, produits et tests
Transformation physique ou chimique, à l’échelle des molécules ; les indices d’une transformation chimique et la preuve ; état initial et état final, réactifs, produits, espèces spectatrices et réactif limitant ; le bilan en mots ; les tests de l’eau, du dioxyde de carbone, du dioxygène et du dihydrogène pour identifier les produits
À propos de cette page
Transformation physique ou transformation chimique ?
En 6e, tu as vu qu’un mélange peut « réagir » et former de nouvelles substances (Mélanges : quand ça réagit) ; en 5e, que la matière est faite de molécules, elles-mêmes faites d’atomes (Atomes et molécules). En 4e, on apprend à décider à coup sûr si une transformation est physique ou chimique.
• Lors d’une transformation chimique, des espèces chimiques disparaissent et des espèces nouvelles apparaissent. À l’échelle des particules, les molécules de départ sont détruites et leurs atomes se regroupent autrement pour former de nouvelles molécules.
• La question à se poser : les espèces de départ existent-elles encore à la fin ? Oui (même dans un autre état ou dispersées) : transformation physique. Non, une espèce nouvelle est apparue : transformation chimique.
| Situation | Type | Pourquoi ? |
|---|---|---|
| De la neige carbonique (dioxyde de carbone solide) se sublime | physique | ce sont toujours des molécules CO₂, passées à l’état gazeux |
| Du café soluble se dissout dans l’eau chaude | physique | le café est dispersé dans l’eau, pas détruit |
| Un souffleur de verre chauffe le verre pour le mettre en forme | physique | il change de forme, c’est toujours du verre |
| La Statue de la Liberté, en cuivre, est devenue verte | chimique | le cuivre a réagi avec l’air et l’eau : il s’est formé une couche verte, la patine |
À l’échelle des molécules. Quand l’eau bout, les molécules H₂O s’écartent et partent dans l’air : la vapeur est encore de l’eau, faite des mêmes molécules (physique). Quand le cuivre de la Statue de la Liberté verdit, les atomes de cuivre ne restent pas du cuivre : ils se lient à d’autres atomes venus de l’air et de l’eau dans une espèce nouvelle (chimique). La statue, inaugurée en 1886, était entièrement verte une vingtaine d’années plus tard.
Une fourchette qui noircit. Une fourchette en argent oubliée dans un jaune d’œuf noircit : l’argent réagit avec des composés soufrés de l’œuf, il se forme du sulfure d’argent, noir. Une espèce nouvelle apparaît : transformation chimique.
Réflexe — je me demande si une espèce nouvelle apparaît : si les espèces de départ sont toujours là (dans un autre état, dispersées ou d’une autre forme), la transformation est physique ; sinon, elle est chimique.
Attention — une dissolution n’est pas une transformation chimique : le soluté « disparaît » à la vue, mais il est toujours là, dispersé (on le récupère en évaporant l’eau). Et deux poudres mélangées sans réagir gardent chacune leurs propriétés : c’est un mélange.
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Les indices d’une transformation chimique
En 6e, tu repérais trois signes : un changement de couleur, un gaz, de la chaleur (Mélanges : quand ça réagit). En 4e, on complète la liste et on apprend qu’un indice ne suffit pas à conclure.
• Un indice fait penser à une transformation chimique, mais ne la prouve pas : beaucoup de transformations physiques produisent aussi des bulles, de la chaleur, de la lumière ou une couleur.
• La preuve : identifier une espèce nouvelle (par un test, cas 5) ou montrer qu’une espèce de départ a disparu. Plusieurs indices réunis rendent la conclusion plus probable.
| Indice | Exemple de transformation chimique |
|---|---|
| Changement de couleur durable | un clou de fer plongé dans une solution bleue de sulfate de cuivre se couvre d’un dépôt rouge ; la solution pâlit puis devient vert pâle |
| Dégagement de gaz | de la grenaille de zinc dans de l’acide chlorhydrique se couvre de bulles |
| Solide dans un liquide limpide | l’eau de chaux qui se trouble |
| Chaleur ou lumière | un bâton lumineux qu’on plie : deux liquides se mélangent et brillent, sans flamme |
| Disparition d’un réactif | les grains de zinc s’amincissent, puis disparaissent dans l’acide |
Des bulles sans espèce nouvelle. Une éponge sèche qu’on enfonce dans l’eau et qu’on presse laisse échapper des bulles : c’est l’air qui remplissait ses trous. Aucune espèce nouvelle : ce n’est pas une transformation chimique.
De la lumière sans espèce nouvelle. Le fil d’un grille-pain devient rouge et éclaire : il est simplement très chaud, c’est toujours le même métal. À l’inverse, le bâton lumineux brille sans flamme et presque sans chaleur parce que deux liquides réagissent : là, des espèces nouvelles se forment.
Réflexe — je liste les indices observés, puis je cherche une explication physique possible (vapeur, gaz déjà dissous, air piégé, colorant, objet chauffé) ; pour conclure sûrement, j’identifie un produit.
Attention — les bulles de l’eau chauffée sont de la vapeur d’eau ou de l’air qui était dissous ; la couleur d’un sirop ou d’une peinture mélangée vient d’un simple mélange. Ce ne sont pas des preuves.
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Réactifs, produits : état initial et état final
Pour décrire une transformation chimique, on compare ce qu’il y a avant et après.
• Les réactifs sont les espèces consommées : leur quantité diminue. Les produits sont les espèces formées : absentes au départ, présentes à la fin.
• Une espèce spectatrice est présente mais n’est ni consommée ni formée (le diazote de l’air, l’eau dans laquelle un réactif est dissous). Le récipient ne fait pas partie du système.
• La transformation s’arrête quand l’un des réactifs est entièrement consommé : on l’appelle le réactif limitant. S’il reste de l’autre réactif, celui-ci était en excès : on le retrouve à l’état final. À l’air libre, le dioxygène se renouvelle sans cesse : c’est l’autre réactif qui finit par manquer.
• État final = produits formés + réactif en excès (s’il y en a un) + espèces spectatrices.
| Espèce | État initial | État final | Rôle |
|---|---|---|---|
| cuivre | une lame brillante | il en reste, sous une couche noire | réactif |
| dioxygène de l’air | présent | il y en a moins | réactif |
| diazote de l’air | présent | toujours la même quantité | espèce spectatrice |
| oxyde de cuivre | absent | la couche noire | produit |
Une lame de cuivre chauffée dans la flamme, à l’air, se couvre d’une couche noire d’oxyde de cuivre.
Quel réactif s’épuise ? Dans un bécher d’acide chlorhydrique, on ajoute un peu de grenaille de zinc : l’effervescence s’arrête quand tout le zinc a disparu. Le zinc était limitant ; l’acide était en excès (si on rajoute du zinc, les bulles repartent).
Avec beaucoup de zinc. Dans un autre bécher, le même volume d’acide reçoit beaucoup de grenaille : l’effervescence s’arrête alors qu’il reste du zinc au fond. Cette fois, c’est l’acide qui a été entièrement consommé ; le zinc était en excès.
Réflexe — ce qui diminue est un réactif, ce qui apparaît est un produit, ce qui ne change pas est spectateur ; le réactif qui ne reste plus du tout à la fin est celui qui a arrêté la transformation.
Attention — une espèce présente au départ n’est pas forcément un réactif (le diazote de l’air). Et le réactif qui reste à la fin n’est pas le réactif limitant : c’est celui qui était en excès. Prévoir le réactif limitant par le calcul se fera avec les équations de réaction (voir Équation de réaction : écrire et ajuster).
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Écrire le bilan d’une transformation
Le bilan résume une transformation chimique en une ligne.
• La flèche se lit « donne » (ou « se transforme en ») : elle indique le sens de la transformation, de l’état initial vers l’état final. Ce n’est pas un signe « = ».
• Les espèces spectatrices ne s’écrivent pas. À l’air, on écrit le dioxygène, pas « l’air » : l’air est un mélange, son diazote est spectateur. Le réactif en excès s’écrit comme les autres réactifs : il a réagi, en partie.
• Un bilan peut n’avoir qu’un seul réactif (une espèce qui se décompose) ou plusieurs produits. Il ne dit rien des quantités.
Le zinc dans l’acide. Réactifs : le zinc et l’acide chlorhydrique. Produits : le dihydrogène (le gaz des bulles) et le chlorure de zinc, qui reste dissous. Bilan : zinc + acide chlorhydrique → dihydrogène + chlorure de zinc. On lit : « le zinc et l’acide chlorhydrique donnent du dihydrogène et du chlorure de zinc ».
Le clou dans le sulfate de cuivre. Le fer du clou et le sulfate de cuivre dissous sont consommés ; il se forme du cuivre (le dépôt rouge) et du sulfate de fer (la couleur vert pâle). L’eau de la solution est spectatrice. Bilan : fer + sulfate de cuivre → cuivre + sulfate de fer.
Un seul réactif. Chauffé, l’hydroxyde de cuivre, un solide bleu, noircit et de la buée apparaît : hydroxyde de cuivre → oxyde de cuivre + eau.
Réflexe — je repère ce qui est consommé (à gauche) et ce qui est formé (à droite), je laisse de côté les espèces spectatrices, puis je relis le bilan avec « donne ».
Attention — ne jamais inverser le bilan (« produits → réactifs ») ni écrire « = ». Avec les formules chimiques (Zn, H₂…), le bilan devient une équation de réaction : voir Équation de réaction : écrire et ajuster.
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Identifier les produits par des tests
En 5e, tu as appris trois tests : l’eau, le dioxyde de carbone et le dioxygène (Espèce chimique : identifier par des tests). En 4e, on ajoute le test du dihydrogène et on se sert des tests pour identifier les produits d’une transformation, donc pour la prouver.
• Dihydrogène (nouveau) : on approche une flamme de l’ouverture d’un tube qui contient le gaz : on entend une petite détonation (un « aboiement »).
• On choisit le test d’après l’hypothèse sur le produit. Test positif : l’espèce est présente ; test négatif : elle est absente, sans dire quelle espèce est là.
• Un test se rédige en trois temps : ce que je fais, ce que j’observe, ce que je conclus. Un compte rendu complet : état initial (réactifs), observations (indices), tests (produits identifiés), bilan.
Les quatre tests à connaître : à gauche, avant le test ; à droite, le résultat quand l’espèce cherchée est présente.
Identifier le gaz. On recueille dans un tube le gaz dégagé par le zinc dans l’acide chlorhydrique, puis on approche une allumette enflammée de l’ouverture : petite détonation. Le gaz est du dihydrogène, une espèce qui n’était pas là au départ : la transformation est chimique.
Un compte rendu rédigé. « Dans un tube d’acide chlorhydrique, j’ai mis de la grenaille de zinc. J’ai observé une effervescence, le tube devenait tiède et le zinc s’amincissait. J’ai approché une flamme du gaz recueilli : petite détonation, c’est du dihydrogène. Bilan : zinc + acide chlorhydrique → dihydrogène + chlorure de zinc. »
Réflexe — je fais une hypothèse sur le produit, je choisis le test qui lui correspond, j’observe, puis je conclus par une phrase : « … donc le gaz est du … ».
Attention — l’eau de chaux identifie le dioxyde de carbone, pas le dioxygène. Le sulfate de cuivre anhydre bleuit aussi avec l’humidité de l’air : on le garde dans un flacon fermé et on fait le test aussitôt. Le test du dihydrogène se fait sur un petit tube, tenu loin du visage, avec le professeur : un mélange de dihydrogène et d’air peut exploser. Et on ne conclut jamais « il s’est formé du dioxyde de carbone » sans avoir décrit le test qui le prouve.
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Pour aller plus loin
Dans les chapitres suivants. Les combustions, transformations chimiques qui consomment du dioxygène : Combustions : carbone, méthane, butane. Écrire les espèces avec leurs formules : Formules chimiques. Les atomes et la masse se conservent : Conservation de la masse. Du bilan à l’équation, et le réactif limitant calculé : Équation de réaction : écrire et ajuster.
Pour aller plus loin. Fabriquer une espèce chimique au laboratoire (synthèse) : La synthèse d’espèces chimiques. Les réactions des acides avec les métaux, expliquées avec les ions, se verront en 3e.
- Transformation physique : les espèces de départ sont conservées (changement d’état, dissolution, mélange, forme). Transformation chimique : des espèces disparaissent, des espèces nouvelles apparaissent ; les atomes se regroupent autrement.
- Indices : couleur durable, gaz, solide dans un liquide limpide, chaleur ou lumière, disparition d’un réactif. Un indice ne prouve rien : la preuve, c’est une espèce nouvelle identifiée.
- Réactifs consommés, produits formés, espèces spectatrices inchangées. La transformation s’arrête quand un réactif est entièrement consommé (réactif limitant) ; l’autre, en excès, reste à l’état final.
- Bilan : réactifs → produits ; la flèche se lit « donne » et indique un sens ; les espèces spectatrices ne s’écrivent pas.
- Tests : eau (sulfate de cuivre anhydre bleuit), dioxyde de carbone (eau de chaux troublée), dioxygène (bûchette rallumée), dihydrogène (petite détonation). Je fais, j’observe, je conclus.
Questions fréquentes
Comment savoir si une transformation est physique ou chimique ?
On se demande si les espèces de départ existent encore à la fin. Si oui (même dans un autre état, dissoutes ou d’une autre forme), la transformation est physique. Si des espèces nouvelles sont apparues, elle est chimique : les atomes se sont regroupés autrement.
Quels sont les indices d’une transformation chimique ?
Un changement de couleur durable, un dégagement de gaz, un solide qui se forme dans un liquide limpide, un dégagement de chaleur ou de lumière, la disparition d’un réactif. Un indice ne suffit pas : la preuve est l’identification d’une espèce nouvelle.
Qu’est-ce qu’un réactif limitant ?
C’est le réactif entièrement consommé : quand il manque, la transformation s’arrête. L’autre réactif, s’il en reste à l’état final, était en excès. Une espèce présente mais ni consommée ni formée est une espèce spectatrice.
Comment écrire le bilan d’une transformation chimique ?
On écrit les réactifs à gauche, les produits à droite, séparés par une flèche qui se lit « donne » : réactifs → produits. Les espèces spectatrices ne s’écrivent pas. Exemple : zinc + acide chlorhydrique → dihydrogène + chlorure de zinc.
Comment reconnaître le dihydrogène ?
On approche une flamme de l’ouverture d’un tube qui contient le gaz : une petite détonation (un « aboiement ») montre la présence de dihydrogène. Le dioxygène rallume une bûchette incandescente, le dioxyde de carbone trouble l’eau de chaux, l’eau bleuit le sulfate de cuivre anhydre.
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