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Identifier la catégorie d'une réaction chimique

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Objectif

Identifier des réactions d’oxydoréduction, acide-base, de substitution, d’addition, d’élimination.

Points clés
  • Au cours d’une réaction d’oxydoréduction, un oxydant réagit avec un réducteur en échangeant un ou plusieurs électrons.
  • Au cours d’une réaction acido-basique, un acide réagit avec une base en échangeant un proton.
  • Au cours d’une réaction de substitution, un atome ou un groupe d'atomes remplace un autre.
  • Au cours d’une réaction d'addition, deux atomes ou groupes d'atomes s'ajoutent à une molécule sur une liaison multiple.
  • Au cours d’une réaction d'élimination, un atome ou un groupe d'atomes est éliminé d'une molécule.
Pour bien comprendre
  • Couples oxydant-réducteur, couples acide-base
  • Formules semi-développée, développée, topologique
  • Groupe fonctionnel

Les réactions chimiques peuvent être classées en différentes catégories selon le type de procédé.

  • Passage de deux réactifs à deux produits avec échange de particules (électron ou proton H+).
  • Passage d’un ou plusieurs réactifs à un ou plusieurs produits avec modification de la chaine carbonée ou du groupe caractéristique. C’est le principe de la synthèse chimique.
1. Les réactions d'oxydoréduction
a. Définition
Une réaction d’oxydoréduction a lieu entre deux couples oxydant-réducteur.

Elle met en jeu les deux réactifs suivants :

  • un oxydant Ox1 qui appartient à un couple Ox1 / Red1 ;
  • un réducteur Red2 qui appartient à un autre couple Ox2 / Red2.

Au cours de cette réaction, le réducteur Red2 perd un ou plusieurs électrons qui vont être récupérés par l’oxydant Ox1. Le réducteur Red2 subit une oxydation tandis que l’oxydant Ox1 subit une réduction.

L’équation de cette réaction d’oxydoréduction qui a lieu entre l’oxydant Ox1 et le réducteur Red2 s’écrit de la manière suivante.

a Ox1 b Red2 c Ox2 d Red1
avec a, b, c et d, les coefficients directeurs des réactifs respectifs Ox1, Red2, Ox2 et Red1
Remarques
Un oxydant réagit forcément avec un réducteur et inversement. Deux oxydants ne peuvent pas réagir entre eux, de même que deux réducteurs ne peuvent pas réagir entre eux.
b. Exemple

On considère la réaction entre une solution contenant des ions argent Ag+ (oxydant) et de la poudre de zinc Zn (réducteur).

L’équation de cette réaction s’écrit de la manière suivante.

Ag+ (aq) + Zn (s) = 2 Ag (s) + Zn2+ (aq)

Il s’agit bien d’une réaction d’oxydoréduction car elle fait intervenir les deux réactifs suivants :

  • l’oxydant Ag+ qui appartient au couple Ag+ / Ag ;
  • le réducteur Zn qui appartient au couple Zn2+ / Zn.

L’ion Ag+ est l’oxydant, il subit une réduction en gagnant un électron et en se transformant en Ag : Ag+ (aq) + e = Ag (s).

Le réducteur zinc Zn subit une oxydation en perdant deux électrons et en se transformant en ion Zn2+ : Zn (s) = Zn2+ (aq) + 2 e.

L’équation d’oxydoréduction fait intervenir un échange d’électrons entre les ions argent Ag+ et le zinc Zn.

2. Les réactions acido-basiques
a. Définition
Une réaction acido-basique a lieu entre deux couples acide-base.

Elle met en jeu les deux réactifs suivants :

  • un acide A1H qui appartient à un couple A1H / A1.
  • une base A2 qui appartient à un autre couple A2H / A2.

Au cours de cette réaction, l’acide A1H perd un proton H+ qui va être récupéré par la base A2.

L’équation de cette réaction acido-basique qui a lieu entre l’acide A1H et la base A2 s’écrit de la manière suivante.

A1H (aq) + A2 (aq) = A1 (aq) + A2H (aq)

Remarques
Un acide réagit forcément avec une base et inversement. Deux acides ne peuvent pas réagir entre eux, de même que deux bases ne peuvent pas réagir entre elles.
b. Exemple

On considère la réaction entre une solution contenant l’ion ammonium NH, qui est un acide, et l’ion éthanoate CH3COO, qui est une base.

L’équation de cette réaction s’écrit de la manière suivante.

NH (aq) + CH3COO (aq) = NH3 (aq) + CH3COOH (aq)

Il s’agit bien d’une réaction acido-basique car elle fait intervenir les deux réactifs suivants :

  • l’acide NH qui appartient au couple NH / NH3 ;
  • la base ion éthanoate CH3COO qui appartient au couple CH3COOH / CH3COO.

L’acide NH va se transformer en sa base conjuguée NH3 en perdant un proton H+. Ce dernier va être récupéré par la base CH3COO pour se transformer en acide CH3COOH.

3. Les réactions de substitution
a. Définition

Au cours d’une réaction de substitution, un atome ou un groupe d’atomes est remplacé par un autre. On dit qu’il est substitué.

L’équation générale d'une réaction de substitution s'écrit de la manière suivante.

R — B  +  A    R — A  +  B
avec :
  • R un groupement d'atomes
  • A et B qui peuvent être des atomes ou des groupements d'atomes

Au cours d'une réaction de substitution, le groupe « B » est remplacé par le groupe « A ».
Cette réaction de substitution peut modifier la chaine carbonée de R, ou modifier le groupe fonctionnel de R.

Remarque
Une chaine carbonée est modifiée si le nombre ou l’agencement des atomes de carbone n’est pas le même.
b. Exemples
Pas de modification de la chaine carbonée

On fait réagir le chloroéthane avec l'ion hydroxyde HO. On obtient l’équation de réaction suivante.

On observe que le chloroéthane a perdu un atome de chlore. Ce dernier a été remplacé par le groupe fonctionnel « OH ».

Le chloroéthane appartient à la famille des halogénoalcanes. Suite à cette réaction de substitution, il s’est transformé en éthanol qui appartient à la famille des alcools. La chaine carbonée n'a pas été modifiée, seul le groupe caractéristique a été transformé.

Modification de la chaine carbonée

On fait réagir le benzène avec le chlorométhane. On obtient la réaction suivante.

On remarque que le benzène a perdu un hydrogène H. Ce dernier a été remplacé par un groupement méthyle CH3 en modifiant cette fois-ci la chaine carbonée du benzène. Le groupement méthyle (CH3) dans la molécule du chlorométhane a été remplacé par l’hydrogène H libéré par le benzène.

4. Les réactions d'addition
a. Définition
Au cours d’une réaction d’addition sur une molécule, une liaison multiple (double ou triple) se casse. Deux atomes (ou groupes d’atomes) s’ajoutent ensuite à cette molécule, sur chacun des atomes liés par la liaison cassée.

L’équation générale d’une réaction d’addition s'écrit de la manière suivante.

avec :
  • A — B une molécule
  • A et B des atomes ou des groupes d'atomes
  • C, D, E, F des atomes ou groupes d’atomes

Au cours d'une réaction d'addition, la liaison multiple se casse et les groupements A et B s'ajoutent (s’additionnent) de part et d'autre de la liaison cassée, sur chaque atome de carbone.

Une réaction d’addition peut modifier la chaine carbonée de la molécule, selon les atomes qui sont additionnés.

b. Exemple

On considère la réaction d’addition du dihydrogène sur un alcène. On fait réagir le propène avec le dihydrogène H2.

On obtient la réaction suivante.

Le squelette carboné du propène était initialement insaturé (présence d’une double liaison). La réaction d’addition a eu pour conséquence de le saturer pour le transformer en alcane.

5. Les réactions d'élimination
a. Définition
Au cours d’une réaction d’élimination, deux atomes (ou groupements d’atomes) sont éliminés d’une molécule.

L’équation générale d’une réaction d’élimination s’écrit de la manière suivante.

avec A, B, C, D, E des atomes ou groupes d’atomes

La molécule A — B est éliminée. Au cours d'une réaction d'élimination, une liaison multiple se forme. La réaction d'élimination est la réaction inverse de la réaction d'addition.

b. Exemple

On considère la réaction d’élimination de l’éthanol.

L’équation de la réaction s’écrit de la manière suivante.

On remarque que le groupe fonctionnel alcool « OH » et un atome H présent sur un carbone de l’éthanol ont disparu au profit d’une double liaison. La molécule a été éliminée.

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