Une réaction chimique est le nom qu'on donne, en chimie, au fait qu'un atome change sa manière d'interagir avec les autres. Il ne s'agit pas d'une réaction nucléaire, qui change la nature de l'atome, ni d'une réaction physique (usure, érosion…). Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.

Il peut s'agir :

Etc.

La branche de la chimie qui étudie la manière dont se comporte l'énergie sous toutes ses formes (dont la matière), s'appelle la thermodynamique. Sa première loi est un principe essentiel de la chimie moderne : c'est la loi de conservation, formulée par le chimiste français Lavoisier au XVIIIe siècle. « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Cette loi implique que lors d'une réaction chimique, la quantité de matière est la même avant et après la réaction. En fait, cela n'est pas la nature des atomes qui change, mais la manière dont ils interagissent pour former des molécules.

Les transformations chimiques impliquent toutes des transferts d'énergie, le plus souvent sous forme de déplacement d'électrons entre deux molécules ou atomes. Plusieurs cas sont possibles :

Une réaction chimique se produit spontanément (toute seule) quand au moins une des deux conditions suivantes est atteinte :

La première notion est simple à percevoir : la plupart des réactions chimiques produisent de la chaleur, comme la combustion1 d'une allumette. Certaines sont même explosives tant la chaleur dégagée est grande : c'est ce qui permet aux voitures d'avancer, grâce à l'oxydation de l'essence par l'oxygène.

La seconde notion est plus complexe. La notion de désordre est subtile. Mais le plus simple pour comprendre est de considérer l'expérience suivante.

: expérience à faire avec un adulte ! --

Si vous disposez d'alcool à 70° et d'eau dans deux verres lisses et transparents (un demi-verre de chaque suffit), ainsi que d'un thermomètre, vous pouvez faire cette expérience :

NB : l'alcool s'évaporant très vite, il va refroidir, et la température baissera ensuite.

Cette expérience simple met en évidence que l'alcool qui s'est dilué dans l'eau a provoqué une élévation de la température du mélange. Cette élévation de température est la preuve que la dilution a libéré de l'énergie.

En pratique, toute dilution est spontanée, même celle qui ne dégage pas de chaleur, car elle augmente le désordre du mélange. Il est difficile de « dé-mélanger » une solution. Par exemple, la dilution du sel de cuisine dans de l'eau ne change pas la température du mélange et est pourtant spontanée. D'autres dilutions, comme la dilution de sels d'ammonium (souvent utilisés comme engrais) dans de l'eau refroidissent la solution.

Un autre exemple de l'augmentation du désordre est lorsqu'un liquide s'évapore et devient un gaz. Les gaz sont beaucoup plus désordonnés que les liquides et le changement de phase entre le liquide et le gaz demande de l'énergie mais reste spontané. Ainsi, lorsque l'alcool s'évapore dans l'expérience précédente, la solution refroidit. Le même phénomène est observable lorsque l'on sort d'un bain, on a froid car les gouttes d'eau sur notre peau s'évaporent.

Ces deux notions (libération de l'énergie, augmentation du désordre) sont des principes, c'est-à-dire des affirmations qu'on ne peut pas démontrer, mais donc les conséquences sont vérifiées par l'expérience. On les appelle les deux principes de la thermodynamique.