Objectifs

• Reconnaître une transformation exothermique ou endothermique à partir d'observations (température).
• Classer des transformations physiques (changements d'état, dissolutions) et chimiques (combustions).
• Utiliser la proportionnalité entre énergie échangée et quantité de matière : \(Q = n \times E_m\).
• Calculer une énergie de changement d'état avec \(Q = m \times L\).

1. Exothermique ou endothermique ?

On distingue le système (les espèces qui se transforment) et le milieu extérieur (tout le reste : l'eau du bécher, l'air, la marmite…).

• Transformation exothermique (« exo » = vers l'extérieur) : le système cède de l'énergie thermique au milieu extérieur, qui se réchauffe.
• Transformation endothermique (« endo » = vers l'intérieur) : le système reçoit de l'énergie thermique du milieu extérieur, qui se refroidit.
• Transformation athermique : pas d'échange thermique notable.

Analogie : le système est comme un porte-monnaie. Exothermique, il paie le milieu (il donne de l'énergie) ; endothermique, il se fait payer par le milieu (il prend de l'énergie).

2. Des exemples physiques et chimiques

L'énergie de combustion du butane s'écrit avec le bilan :

3. Énergie et quantité de matière

L'énergie thermique \(Q\) échangée est proportionnelle à la quantité de matière \(n\) de réactif transformé :

• \(Q\) : énergie échangée, en kilojoules (kJ) ;
• \(n\) : quantité de matière transformée, en mol, avec \(n = \dfrac{m}{M}\) ;
• \(E_m\) : énergie molaire de la transformation (énergie pour 1 mol), en \(\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\).

Pour un changement d'état, on utilise plutôt la masse : \(Q = m \times L\), où \(L\) est l'énergie massique de changement d'état (en \(\text{J}\cdot\text{g}^{-1}\) ou \(\text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\)).

Fais varier l'énergie molaire \(E_m\) (en kJ/mol) et observe : la droite passe toujours par l'origine, signe de proportionnalité.

Exemple résolu 1 : la combustion du butane

Mariam brûle \(116\ \text{g}\) de butane \(\ce{C4H10}\). On donne \(M(\ce{C}) = 12\ \text{g/mol}\), \(M(\ce{H}) = 1\ \text{g/mol}\) et l'énergie molaire de combustion du butane \(E_m \approx 2\,880\ \text{kJ/mol}\). Quelle énergie est libérée ? Cherche d'abord.

Exemple résolu 2 : la poche de froid

Une poche de froid contient \(40\ \text{g}\) de nitrate d'ammonium \(\ce{NH4NO3}\). Sa dissolution absorbe environ \(26\ \text{kJ}\) par mole (valeur arrondie). \(M(\ce{N}) = 14\), \(M(\ce{H}) = 1\), \(M(\ce{O}) = 16\) (en g/mol). Quelle énergie la poche prend-elle à ta cheville ?

Exemple résolu 3 : faire fondre de la glace

Le vendeur de bissap met \(500\ \text{g}\) de glace dans sa glacière. L'énergie massique de fusion de la glace vaut \(L = 334\ \text{J/g}\). Quelle énergie la glace prend-elle aux boissons en fondant complètement ?

Erreurs fréquentes

• Juger d'après le système au lieu du milieu extérieur : un milieu qui refroidit signale une transformation endothermique.
• Croire que seules les réactions chimiques échangent de l'énergie : les changements d'état et les dissolutions aussi.
• Oublier de convertir la masse en quantité de matière avant d'utiliser \(Q = n \times E_m\).
• Mélanger J et kJ : \(1\ \text{kJ} = 1\,000\ \text{J}\).

Récapitulatif

• Exothermique : le système cède de l'énergie, le milieu se réchauffe (combustions, solidification, condensation).
• Endothermique : le système reçoit de l'énergie, le milieu se refroidit (fusion, vaporisation, certaines dissolutions).
• Transformation chimique : \(Q = n \times E_m\), avec \(n = \dfrac{m}{M}\).
• Changement d'état : \(Q = m \times L\).