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Stabilité des corps chimiques et énergie d'activation

La matière tend naturellement à se débarasser de l'énergie emmagasinée en elle. Ce phénomène est la tendance à l'énergie minimum.

Tendance à l'énergie minimum
Les atomes et les molécules se transforment pour contenir le moins d'énergie possible.
Par exemple l'eau liquide a tendance à se transformer en eau solide.
L'eau possède moins d'énergie sous cette forme.

S'il est vrai que les corps recherchent un état d'enthalpie minimum, pourquoi ne sont-ils pas réduits en un immense tas de poussière?
Pourquoi la matière si bien structurée dans la nature ne s'écroule-t-elle pas en un amas sans forme?
La réponse réside dans le fait que ...

pour former de nouveau composés, la matière doit être disposée à réagir.

Les atomes sont prisonniers de leurs électrons.
Les atomes sont liés; ils ont besoin d'énergie pour se défaire de leurs liens avant de parvenir à s'arranger autrement. Tous les atomes n'ont pas l'énergie nécessaire pour franchir cette barrière énergétique.
Seul les atomes bénéficiant de l'énergie suffisante (énergie d'activation) pourront être "transformé" en produits.

Barrière d'énergie et énergie d'activation
La barrière d'énergie est l'attraction qui retient les atomes (ou molécules) ensemble.
L'énergie d'activation est l'énergie nécessaire pour vaincre la barrière d'énergie (ou seuil minimum d'énergie).

Considérons, par exemple, l'aluminium qui est le corps le plus abondant sur la terre. Pourquoi tous les objets en aluminium ne se deviennent-ils pas de l'oxyde d'aluminium ( Al₂O_3(s) )?
En effet, sous cette forme l'aluminium renferme moins d'énergie (-1421 kJ/mol) ?

2 Al_(s) + 3 O_2(g) ---> Al₂O_3(s) Delta H = -1421 kJ

Voici pourquoi dans un morceau d'aluminium, les atomes sont serrés les uns contre les autres.
Du fait de leur très grande proximité, les atomes s'attirent fortement (forces de van der Walls).

Pour réagir, un atome doit s'isoler des autres (atomisation).

Pour être isolé de ses voisins, l'atome doit être excité par une source d'énergie quelconque (énergie d'activation).
Une fois excité, l'atome entre violemment en collision avec des atomes d'oxygène surexcités dans son entourage.
Si l'énergie (physique: Ek + Ep) de la collision est assez grande, il y aura formation de molécules de Al₂O_3(s).
Deux exemples de stabilité limitée (l'aluminium et le magnésium).

Le code du bâtiment canadien interdit l'installation de fils électriques en aluminium dans les résidences parce qu'ils présentent un haut risque de combustion instantanée lorsqu'une surcharge de courant y circule.
Dans un tel cas, les atomes surchauffés sont surexcités et il se produit une combustion en présence du dioxygène de l'air; il s'en suit un fort dégagement de chaleur (-1421 kJ/mol). C'est un risque d'incendie.

En photographie, avant l'apparition des flashes électroniques, on utilisait de petites ampoules renfermant un mince et long filament de magnésium dans une atmosphère de dioxygène pur.
Dès la fermeture du circuit électrique, la décharge électrique surexcite les atomes du magnésium et du dioxygène et la combustion est instantanée, libérant lumière et chaleur (-510 kJ/mol).

Dans les deux exemples précédents, on constate qu'il faut exciter les atomes pour atomiser le corps; c'est alors que s'amorce la réaction libératrice d'énergie.
L'énergie nécessaire à la surexcitation des molécules s'appelle énergie d'activation.

En résumé!

Pour qu'il y ait réaction chimique, il doit y avoir collisions efficaces ou effectives entre les molécules de réactifs.
L'énergie d'activation est l'énergie nécessaire aux molécules de réactifs pour pouvoir faire une collision efficace et former un complexe activé.
Lorsque l'énergie d'activation est atteinte, un complexe activé (C.A.) se forme. Celui-ci est une grosse molécule instable, pleine d'énergie, résultant d'une collision efficace entre les réactifs.
Le C.A. se défait spontanément et les produits se forment automatiquement en libérant de l'énergie.
Le delta H demeurera la différence d'enthalpie entre les produits résultants et les réactifs.

Quelques questions relativement à la combustion du magnésium.

Soit le graphique d'enthalpie suivant représentant la réaction de combustion du magnésium

Selon ce graphique, quelle est la grandeur et le signe de l'énergie d'activation?

À quoi sert l'énergie d'activation?

Quel est la variation d'enthalpie?

Y aurait-il réaction du complexe activé contenant 500 kJ?

Quelle partie du graphique représente une réaction endothermique?

Quelle partie du graphique représente une réaction exothermique?

Transcrivez la réaction de combustion en y mettant le terme énergie.

En consultant une table d'équations thermochimiques, quel rapprochement pouvez-vous faire, du point de vue énergétique, entre la purification du magnésium et l'extraction de l'aluminium?

Dernière modification: 25 février 2005

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