J’adore quand les enseignants posent des questions ! J’apprécie toujours une bonne question scientifique parce qu’elles me font vraiment réfléchir au sujet pour être sûr de donner la bonne réponse, mais quand un enseignant pose une question, je me sens obligé de donner une réponse (si je peux) qui leur permettra d’expliquer le sujet à leurs élèves. Récemment, j’ai discuté avec un ami enseignant, des changements chimiques et physiques, et plus nous avons parlé, plus j’ai pensé que le reste d’entre vous pourrait trouver cela utile.
Les concepts de changements physiques et chimiques sont inclus dans le programme d’enseignement élémentaire et intermédiaire de la plupart des États, et les élèves sont censés être capables de dire si un changement est physique ou chimique.
Pour un changement chimique, au moins une des substances impliquées doit se retrouver avec une formule chimique différente. Pour un changement physique, une substance peut changer ses propriétés physiques (taille, forme, couleur, etc.) mais sa formule chimique reste la même.
OK cela semble assez simple. Si une formule chimique change, nous avons un changement chimique. Par exemple, si nous mélangeons du vinaigre et du bicarbonate de soude, le mélange fait des bulles et pétille, et nous nous retrouvons avec de l’eau, du dioxyde de carbone et de l’acétate de sodium.
CH3CO2H + NaHCO3 = H2O + CO2 + CH3COONa
Les formules chimiques à la fin sont différentes des formules au début, ce qui nous indique qu’il s’agit d’un changement chimique.
Si les formules chimiques ne changent pas, alors tout changement est un changement physique. Un bon exemple de cela est la dissolution du sucre dans l’eau. Une fois que le sucre s’est entièrement dissous, vous avez des molécules de sucre mélangées aux molécules d’eau. Les formules chimiques à la fin sont les mêmes qu’au début, il s’agit donc d’un changement physique.
C12H22O11 + H2O = C12H22O11 + H2O
Bien que cela puisse sembler une distinction simple, à moins de connaître les formules chimiques des substances avant et après le changement, vous ne pouvez pas être sûr de quel type de changement il s’agit. Il existe des indicateurs indiquant qu’un changement PEUT être un changement chimique, comme un changement de couleur, un changement de température, l’émission de lumière, la formation de bulles de gaz ou la formation d’un précipité (particules solides), mais AUCUNE de ces indications n’est une preuve concluante d’un changement chimique. Chacun d’entre eux peut également être causé par un changement physique.
Changement de couleur :
Mélangez du colorant alimentaire jaune avec du colorant alimentaire bleu et vous obtenez du vert, un changement physique qui entraîne un changement de couleur.
Changement de température:
Mettez de l’alcool sur votre peau. En s’évaporant, votre peau devient plus froide. C’est un changement physique (évaporation) qui vous donne un changement de température. Qu’en est-il de la production de chaleur ? Les poches de chaleur réutilisables vendues pour les douleurs musculaires contiennent une solution super saturée d’un produit chimique appelé acétate de sodium. Lorsque l’acétate de sodium se cristallise (un changement physique), il dégage pas mal de chaleur, mais la formule chimique reste la même.
Donner de la lumière :
allumer un néon. Le gaz néon est transformé en plasma et dégage de la lumière, mais c’est toujours du néon, mais c’est maintenant un plasma au lieu d’un gaz. C’est un changement physique.
Formation de bulles de gaz :
Faire chauffer une casserole d’eau. Avant qu’elle ne soit assez chaude pour bouillir, vous verrez des bulles. Ces bulles sont des gaz qui ont été dissous dans l’eau. C’est un changement physique qui produit des bulles de gaz. Continuez à chauffer l’eau et elle va bouillir. Encore une fois, vous obtenez des bulles de gaz, et encore une fois, c’est un changement physique.
Formation d’un précipité :
Un précipité est un solide qui se forme dans une solution. Dissolvez du sucre dans de l’eau jusqu’à ce qu’il ne se dissolve plus. Laissez l’eau s’évaporer, et vous obtenez un précipité (et du sucre candi !) C’est un changement physique.
Réversible:
De nombreuses sources affirment que les changements physiques sont réversibles, alors que les changements chimiques ne le sont pas. Testons cela avec un exemple courant de changement physique. Déchirer une feuille de papier en morceaux. Aucune formule chimique n’a changé, il s’agit donc d’un changement physique. Maintenant, inversez le changement pour rassembler les morceaux en une feuille de papier. Allez-y, et faites-le maintenant. Je vais attendre.
Maintenant, regardons un exemple encore plus difficile. Si nous faisons fondre un peu de cuivre et un peu de zinc, puis que nous les mélangeons, nous obtenons une solution connue sous le nom de laiton. Le cuivre et le zinc n’ont pas réagi chimiquement, il s’agit donc d’un changement physique, mais si vous essayez d’inverser le processus pour séparer le cuivre et le zinc, vous avez un vrai défi sur les bras.
En revanche, de nombreux changements chimiques sont facilement réversibles. Vous pouvez utiliser un courant électrique pour décomposer l’eau (H2O) en hydrogène (H2) et en oxygène (O2). Les formules ont changé, il s’agit donc d’un changement chimique. Une petite étincelle enflammera le mélange de gaz, produisant de l’eau (H2O). Vous venez d’inverser le changement et vous vous retrouvez avec la même substance qu’au départ.
Si vous avez déjà utilisé du papier tournesol ou d’autres indicateurs de pH, vous avez déjà vu un exemple de changement chimique facilement réversible. Ces indicateurs changent leur formule chimique en fonction du pH de leur environnement, et la réaction chimique peut être inversée à l’infini.
Un autre excellent exemple de changement chimique réversible est le cycle du carbone. La respiration et la photosynthèse sont de grands exemples de changements chimiques qui sont réversibles. La respiration cellulaire convertit l’oxygène en dioxyde de carbone. La photosynthèse convertit le dioxyde de carbone en oxygène. Les mêmes molécules sont modifiées chimiquement dans les deux sens, encore et encore et encore.
Ce dont il s’agit, c’est qu’à moins de connaître les formules chimiques des substances avant et après un changement, il n’y a aucun moyen de savoir si le changement était chimique ou physique. Vous pouvez faire une supposition, mais tant que vous ne regardez pas cette équation chimique, vous ne pouvez pas en être sûr.
Cela devient encore plus difficile lorsque vous regardez certains des exemples de manuels de changements chimiques et physiques. Par exemple :
1. Faire un gâteau est-il un exemple de changement chimique ou de changement physique ?
Arrêtez-vous ici, et réfléchissez bien aux deux exemples avant de poursuivre. Non, je le pense vraiment. Arrêtez-vous. Réfléchissez. Réfléchissez encore un peu. Puis cliquez ici pour connaître la réponse.
Evidemment, la réponse est non. Non ? Quel genre de réponse est-ce ? Eh bien, la question était : « La cuisson d’un gâteau est-elle un exemple de changement chimique ou de changement physique ? » En fait, la cuisson d’un gâteau est un exemple de plusieurs changements chimiques et de plusieurs changements physiques, donc ce n’est pas l’un OU l’autre. Il s’agit plutôt de plusieurs exemples des deux types de changement. La dénaturation des protéines du lait, des œufs et de la farine est un changement chimique. Les liaisons chimiques sont rompues et de nouvelles liaisons sont créées. Le bicarbonate de sodium et l’acide tartrique dans la levure chimique réagissent chimiquement pour produire du gaz carbonique, de sorte que votre gâteau va lever. C’est également un changement chimique.
En revanche, si vous goûtez le gâteau, le sucre n’a pas changé chimiquement. Il est toujours (C12H22O11), et il a toujours le goût du sucre. Il a été dissous dans la pâte liquide, mais c’est un changement physique. Si vous mettez un morceau de gâteau dans un bol d’eau, que vous l’écrasez, que vous le filtrez et que vous évaporez l’eau, vous récupérez le sucre.
L’eau contenue dans la pâte n’a pas changé chimiquement. Une assez grande partie s’est évaporée, mais c’est un changement physique. Si vous avez ajouté des épices ou des arômes au gâteau, ils n’ont probablement pas changé chimiquement, mais certains de leurs produits chimiques volatils ont été dissous, et se sont diffusés dans le gâteau. Si vous avez brûlé le gâteau, le goût aura également changé, et il s’agirait d’un changement chimique. L’alcool et l’eau contenus dans votre extrait de vanille se sont évaporés (changement physique), laissant la vanilline inchangée pour parfumer votre gâteau. Une fois que vous y regardez, la cuisson d’un gâteau comprend plusieurs exemples de changements à la fois chimiques et physiques.
2. Dissoudre du sel dans l’eau est-il un changement chimique ou un changement physique ?
OK, maintenant pour la deuxième question. Encore une fois, réfléchissez-y bien avant de continuer. Puis cliquez ici pour la réponse.
L’exemple n°2 fait partie d’une conversation que j’ai en ce moment. La dissolution du sel dans l’eau est un exemple couramment utilisé de changement physique, mais lorsque vous dissolvez du sel (NaCl) dans l’eau (H2O), vous obtenez des ions sodium (Na+) et des ions chlore (Cl-) mélangés à l’eau (H2O). Certaines personnes affirment qu’il s’agit d’un changement chimique, puisque le composé ionique du chlorure de sodium s’est séparé en ions de sodium et en ions de chlore. Cette discussion est toujours en cours, alors n’hésitez pas à ajouter vos commentaires.
Bien que cela puisse sembler très complexe, une fois que vous commencez à apprendre la chimie, cela devient beaucoup plus facile. Lorsque vous étudiez la chimie, vous vous concentrez sur les formules et les équations chimiques. En regardant une équation chimique, vous saurez instantanément si les formules ont changé ou non. Qui aurait pensé que la chimie au lycée pouvait être tellement plus simple que la science à l’école primaire ?