Stœchiométrie
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En chimie, la stœchiométrie (du grec : "στοιχειον" = stoicheion (« élément ») et "μετρειν" = metrein (« mesure »)) est le calcul des relations quantitatives entre réactifs et produits au cours d'une réaction chimique.
Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) fut le premier à énoncer les principes de la stœchiométrie, en 1792. Il écrivait alors :
«La stœchiométrie est la science qui mesure les proportions quantitatives ou rapports de masse dans lesquels les éléments chimiques sont impliqués.»
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[modifier] Principe
Lors d'une réaction chimique on observe une modification des substances présentes : certaines substances sont consommées, ce sont les réactifs, d'autres substances sont formées, ce sont les produits.
À l'échelle microscopique, la réaction chimique est une modification des liaisons entre atomes, par déplacement des électrons : certaines liaisons sont coupées, d'autres se forment, mais les atomes eux mêmes sont conservés. C'est ce qu'on appelle la conservation de la matière qui se traduit par deux lois :
- conservation du nombre d'atome de chaque élément chimique ;
- conservation de la charge globale.
Les relations stœchiométriques entre les quantités de réactifs consommés et de produits formés découlent directement des ces lois de conservation. Elles sont déterminées à partir de l'équation-bilan de la réaction.
[modifier] Écrire une équation de réaction équilibrée
Lorsqu'on écrit l'équation-bilan d'une réaction chimique, elle doit refléter ce qui se passe réellement au cours de la réaction, et donc respecter les règles de conservation.
Pour respecter ces règles on est amené à placer devant la formule chimique de chaque espèce chimique un nombre, appelé coefficient stœchiométrique, qui indique les proportions des espèces engagées (que l'on peut considérer comme un nombre de molécules/atomes/ions ou comme un nombre de moles, c'est-à-dire une quantité de matière)
- Exemple
- Lors de la combustion du méthane (CH4), celui-ci réagit avec le dioxygène (O2) de l'air ; au cours de cette réaction il se forme du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O).
- Le «squelette» de l'équation-bilan sera donc de la forme :
-
- CH4 + O2 → CO2 + H2O
-
- mais en l'état cette équation n'est pas correcte puisqu'elle ne respecte pas les règles de conservation ; pour l'élément hydrogène (H) par exemple, on trouve 4 atomes d'hydrogène dans les réactifs et 2 seulement dans les produits. On équilibre donc cette réaction chimique en introduisant devant les formules chimiques de chaque espèce un coefficient stœchiométrique.
- ainsi, si on écrit :
- CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O
- on respecte la conservation pour les éléments carbone (C) et hydrogène (H) mais pas pour l'oxygène (O); on corrige donc :
- CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
- qui est l'équation-bilan correcte de la réaction de combustion du méthane.
- Elle traduit que la réaction chimique a lieu dans les conditions suivantes : 1 molécule de méthane réagit avec 2 molécules de dioxygène pour former 1 molécule de dioxyde de carbone et 2 molécules d'eau.
[modifier] Coefficient stœchiométrique
Le coefficient stœchiométrique d'une espèce chimique est le coefficient qui lui est affecté dans l'équation chimique considérée. Dans l'exemple précédent :
-
- CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
le coefficient stœchiométrique du méthane est 1, celui du dioxygène est 2, celui du dioxyde de carbone est 1 et celui de l'eau est 2.
Le coefficient stœchiométrique est en principe un nombre entier, bien que pour alléger certaines équations on utilise parfois des fractions, voire des nombres décimaux.
Lorsque le coefficient stœchiométrique est égal à 1, il n'est pas écrit, c'est pourquoi dans l'exemple CH4 et CO2 ne sont précédés d'aucun coefficient.
[modifier] Mélange / proportions / conditions stœchiométriques
Quand les quantités de matière de tous les réactifs sont proportionnelles à leurs coefficients stœchiométriques au début de la réaction, on dit que
- le mélange est stœchiométrique ;
- les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques ;
- la réaction a lieu dans les conditions stœchiométriques ;
ces trois expressions ayant strictement la même signification ...
Dans ces conditions, si la réaction est totale, tous les réactifs seront consommés.
[modifier] Déterminer les quantités de réactifs consommés / de produits formés
Quelles que soient les conditions initiales, les quantités de matière de réactifs consommés et de produits formés sont proportionnelles aux coefficients stœchiométriques de l'équation-bilan
- Exemple
[modifier] Voir aussi
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