- Nous allons explorer deux types de changement d'énergie: exothermique et endothermique.
- Nous étudierons ensuite les formules que nous pouvons utiliser pour déterminer les différents changements d'énergie.
- Enfin, nous verrons ce qu'est une pile .
Types de changement d'énergie
Il y a tellement deréactions chimiques différentes qui peuvent avoir lieu dans tellement d'endroits différents. Même dans notre propre corps, diverses réactions se produisent en même temps. Toutes ces réactions sont classées comme exothermiques ou endothermiques. Explorons donc ce qu'elles sont et quelques exemples que nous voyons dans notre vie quotidienne.
Exothermique
Lesréactions exothermiques sont celles dans lesquelles l'énergie est transférée de la réaction à l'environnement. Cela signifie que de l'énergie est libérée et, la plupart du temps, sous forme de chaleur, ce qui entraîne une augmentation de la température. Comme l'énergie est libérée, cela signifie généralement que les produits de ces réactifs auront moins d'énergie que les réactifs au départ.
Feu de bois, Wikimedia Commons
Lorsque nous brûlons du méthane, il s'agit d'une réaction de combustion. L'énergie est libérée sous forme de chaleur et c'est pourquoi nous pouvons sentir la chaleur lorsque quelque chose brûle.
Endothermie
Lesréactions endothermiques sont complètement opposées aux réactions exothermiques. L'énergie est transférée de l'environnement à la réaction. Cela signifie que de l'énergie est absorbée et que la température diminue. Dans les réactions endothermiques, les produits ont plus d'énergie que les réactifs.
Un exemple clé est la décomposition thermique, où nous prenons du carbonate de calcium et le chauffons pour former du dioxyde de carbone et de l'oxyde de calcium. L'énergie est absorbée et la chaleur est nécessaire pour que la réaction ait lieu.
Profils de réaction
Maintenant que nous avons découvert qu'il existe deux types différents de changements d'énergie, nous pouvons utiliser les profils de réaction pour présenter ces deux types de changements et explorer le changement d'énergie entre les réactifs et les produits.
Le premier diagramme montre le profil de réaction d'une réaction exothermique. Les réactifs A + B sont plus élevés que le produit C. Cela montre que de l'énergie a été libérée dans l'environnement et, comme nous l'avons vu précédemment, c'est généralement sous forme d'énergie thermique.
Fig. 2 : Réaction endothermique, Wikimedia Commons
Le deuxième diagramme montre les profils de réaction d'une réaction endothermique. La température des réactifs A + B est inférieure à celle du produit C. Cela montre que de l'énergie a été absorbée et que la température diminue.
C'est la base des profils de réaction énergétiques. Nous approfondirons ces diagrammes dans un prochain article.
Formule de changement d'énergie
Nous devons être en mesure de calculer le changement d'énergie global. Pour ce faire, nous devons connaître les différentes énergies de liaison.
Énergie de liaison : L'énergie nécessaire pour rompre la liaison entre deux atomes. Elle est mesurée en kJ/mol.
Pour calculer le changement d' énergie, nous avons besoin de 2 choses :
- L'énergie nécessaire pour briser les liaisons des réactifs.
- L'énergie libérée lorsque les liaisons sont formées pour produire des produits.
Ensemble, nous pouvons former cette équation pour calculer le changement d'énergie global :
$$Changement d'énergie=énergie totale de liaison du réactif - énergie totale de liaison des produits $$.
Calculer la variation d'énergie
Nous connaissons maintenant l'équation qui permet de calculer l'énergie, alors passons en revue un exemple.
| Liaison | Énergie de liaison (kJ/mol) |
N≡N | 940 |
| N-H | 400 |
| H-H | 440 |
Exemples de changements d'énergie :
Nous utiliserons un tableau des énergies de liaison pour calculer notre réponse. Il s'agit de valeurs inventées pour passer par un exemple.
Pour cet exemple, utilisons le procédé Haber, où l'azote et l'hydrogène réagissent pour former de l'ammoniac. Cette réaction peut aller en avant et en arrière, nous allons calculer la réaction en avant.
Équation chimique :
$$N_{2(g)} + 3H_{2(g)}\rightleftharpoons 2NH_{3(g)}$$.
1. Il faut d'abord calculer l'énergie de liaison entre les réactifs, donc pour cette réaction, il s'agit des liaisons simples une mole d'azote vers azote trois moles d'hydrogène vers hydrogène.
1 x N≡N(940) = 820
3 x H-H (440) = 1600
L'énergie totale de rupture de la liaison est donc : 940 + 1320 = 2260 kJ/mol.
2. Il faut maintenant calculer l'énergie de liaison entre les produits. Pour cette réaction, il s'agit de deux moles de liaisons simples entre l'azote et l'hydrogène. Pour cette liaison, chaque azote est lié à trois hydrogènes, ce qui fait 6 liaisons.
6 - N-H (400) = 2400
3. Enfin, nous allons calculer le changement d'énergie.
Variation d'énergie = 2260 - 2400 = -140 kJ/mol
Variation globale de l'énergie = -140 kJ/mol
Piles et batteries
Tous les appareils ont des piles, nous voyons généralement qu'il s'agit de petits blocs de métal qui peuvent être amovibles ou permanents. Mais comment fournissent-elles de l'énergie à nos appareils ? Pour cela, on utilise des métaux réactifs qui produisent de l'énergie pour qu'elles fonctionnent. On peut utiliser l'ordre de réactivité des métaux, on peut en utiliser deux pour former une pile électrique. Ces cellules permettent la circulation des électrons pour former un courant électrique qui alimente l'appareil.
Fig. 3 : Cellule électrique, Wikimedia Commons
Si nous regardons ce schéma, nous pouvons voir que le zinc (Zn) donne des électrons au cuivre (Cu). Les électrons se déplacent d'une extrémité à l'autre, ce qui forme un courant électrique, et cette réaction a lieu dans nos appareils pour les alimenter.
Le courant énergétique peut être enregistré à l'aide d'un voltmètre, qui détecte la différence de réactivité entre les deux métaux et forme une tension.
Plus la différence est importante, plus la tension est élevée.
Un autre type de pile est la pile à combustible. L'hydrogène et l'oxygène réagissent pour produire de l'eau et se présentent sous la forme de l'équation suivante :
$$2H_{2} + O_{2}\rightarrow 2H_{2}O$$.
Deux moles d'hydrogène réagissent avec une mole d'oxygène pour former deux moles d'eau.
Certaines voitures fonctionnent à l'aide de ce type de pile à combustible, mais un approvisionnement constant en hydrogène est nécessaire et n'est donc pas couramment utilisé.
Changements d'énergie - Principaux enseignements
- Toutes les réactions chimiques entraînent un changement d'énergie.
- Il existe deux types de changements énergétiques : les changements exothermiques et les changements endothermiques.
- Dans les réactions exothermiques, l'énergie est libérée et les produits ont moins d'énergie que les réactifs.
- Dans les réactions endothermiques, l'énergie est absorbée et les produits ont plus d'énergie que les réactifs.
- Nous pouvons explorer les différences d'énergie dans les réactions exothermiques et endothermiques à l'aide des profils de réaction.
- La variation d'énergie peut être calculée comme suit : énergie de liaison totale du réactif - énergie de liaison totale des produits .
- Les métaux réactifs sont utilisés pour produire de la pâte.
- Deux métaux réagissent pour transférer des électrons, ce qui produit un courant électrique.
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