Réaction exothermique

processus physique ou chimique produisant de la chaleur

En thermodynamique, une réaction exothermique (du grec ancien ἔξω, « hors de » et θερμός, « chaud ») est un processus physico-chimique produisant du transfert thermique. Dans une réaction chimique exothermique, l'énergie dégagée par la formation des liaisons chimiques dans les produits de réaction est supérieure à l'énergie requise pour briser les liaisons dans les réactifs.

GénéralitésModifier

Une réaction chimique étant un cas particulier de transformation thermodynamique, on peut y appliquer les lois de la thermodynamique. Notamment, le premier principe de la thermodynamique relie la variation d'énergie (ou d'enthalpie) aux transferts thermiques et travaux reçus par le système. Dans le cas très courant en chimie d'une transformation spontanée (aucune source extérieure de travail), le premier principe de la thermodynamique s'écrit    est le transfert thermique algébrique reçu par le système (ainsi   si le système reçoit effectivement de la chaleur, et   si le système cède de la chaleur au système extérieur).[1]

Ainsi dans le cas d'une réaction exothermique,  . Comme l'enthalpie est une grandeur extensive et qu'il est plus commode de travailler avec des grandeurs intensives, on retient plutôt le critère  , où   désigne l'enthalpie de réaction. Cette écriture est d'autant plus commode que les enthalpies de réaction sont aisément calculables à l'aide des enthalpies standard de formation tabulées dans des tables thermodynamiques.[2]


La réaction fournissant de la chaleur au milieu extérieur, la température de celui-ci augmente à l'état final. Cela est en cohérence avec la formule de température de flamme adiabatique[3] :

 
En effet,  , donc   d'après la relation ci-dessus.

Cette chaleur dégagée brutalement peut contribuer à l'emballement de la réaction qui devient alors explosive.

Exemples de réactions exothermiquesModifier

 
La brume se levant au-dessus du compost prouve que l'action bactérienne est exothermique.

De nombreuses réactions impliquant des acides ou des bases sont exothermiques.

Les réactions de combustion sont exothermiques (c'est ce qui explique l'apparition d'une flamme).

La réaction peut être violente. Ainsi un fragment métallique de sodium réagit violemment avec l'eau, ne s'y enfonce pas en raison de l'intense dégagement de gaz hydrogène (inflammable) accompagné de la formation de soude caustique (hydroxyde de sodium) et d'un fort dégagement de chaleur qui peut enflammer l'hydrogène (expérience dangereuse).

Plus une réaction est exothermique plus elle produit des substances énergétiquement stables par rapport aux réactifs. L'oxygène et l'hydrogène réagissent spontanément pour former de l'eau (réaction exothermique). Par contre, la réaction inverse, c'est-à-dire transformer l'eau en hydrogène et en oxygène requiert une certaine quantité de chaleur (endothermique).

Certaines réactions exothermiques, sans être explosives, peuvent s'entretenir d'elles-mêmes dès qu'elles ont été déclenchées (l'élévation de température favorisant la vitesse de la réaction).

  • C'est le cas de la fermentation sous l'action de levures (voir figure).
  • C'est le cas aussi de la réduction de l'oxyde de fer par l'aluminium métallique (aluminothermie), utilisée par les chemins de fer du monde entier pour effectuer la soudure des rails sur le terrain. La chaleur dégagée est telle que la température dépasse 2 000 °C et que le fer obtenu se trouve à l'état liquide ce qui fait fondre le bout des deux rails, assurant ainsi une soudure parfaite[4],[5].

RéférencesModifier

  1. « Premier principe de la thermodynamique-Énergie interne U et enthalpie H », sur uel.unisciel.fr (consulté le 16 juin 2020)
  2. « Premier principe de la thermodynamique-Calcul de l'enthalpie standard de réaction à 298 K », sur uel.unisciel.fr (consulté le 16 juin 2020)
  3. « Cours de thermochimie », sur cours-examen.org (consulté le 16 juin 2020)
  4. Daniel L. Reger, Scott R. Goode et Edward E. Merser, Chimie des solutions, Édition Étude Vivante, 1991.
  5. Steven S. Zumdahl et Susan A. Zumdahl, Chimie Générale, 3e édition, Édition CEC Inc., 2007.

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