Stœchiométrie de réaction
Stœchiométrie est un mot composé en 1846, à partir de la racine grecque stoekheion qui signifie élément, et de métrie, la mesure. La stœchiométrie étudie au cours d'une réaction chimique les proportions suivant lesquelles les réactifs se combinent, et les produits se forment.
Pour être plus clair, prenons l'exemple illustré par l'animation. Au cours de cette réaction chimique, la combustion du méthane, on constate que seule la forme des molécules est modifiée, et que les atomes qui composent les molécules ne font que de se lier différemment à d'autres atomes. L'équation bilan de cette réaction s'écrit de la façon suivante :
CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2OLa stœchiométrie permet de fixer une règle pour rendre compte de la conservation du nombre d'atomes au cours d'une réaction chimique.
Définition et illustration
La stœchiométrie est le nom donné à l'opération qui consiste à équilibrer les réactions chimiques. Par exemple, la réaction chimique qui permet d'obtenir du sulfure d'aluminium (Al2S3) à partir de soufre (S) et d'aluminium (Al) se traduit par :
Al + S = Al2S3
Cette représentation implique la connaissance de la composition atomique de chaque réactif intervenant dans la réaction.
Or cette écriture ne met pas en évidence la conservation des éléments. Pour traduire la conservation des éléments, on place devant chaque composé de l'équation un chiffre, le nombre stœchiométrique, qui permet d'obtenir une équation chimique équilibrée :
2 Al + 3S = Al2S3
Notion de condition stœchiométrique
Une réaction se produit dans des conditions stœchiométriques lorsque les quantités de réactifs sont dans les proportions identiques à celles de l'équation chimique. Attention, les proportions ne sont pas des proportions massiques mais molaires.
Soit la réaction de combustion du méthane. Si on part d'une mole de méthane, l'équation nous indique qu'il faut deux fois plus de dioxygène, soit deux moles. Les conditions stœchiométriques seront donc dans cette situation :
CH4
+ 2 O2
=
CO2
+ 2 H2O
Départ
1 mol
2 mol
0
0
Les nombres stoechiométriques impliquent les proportions finales que l'on peut obtenir :
CH4
+ 2 O2
=
CO2
+ 2 H2O
Départ
1 mol
2 mol
0
0
Fin
0
0
1 mol
2 mol
Une réaction ne se produit pas dans des conditions stœchiométriques lorsqu'il reste à la fin un excès de réactif qui n'a pu réagir.
Exemple 1. Conditions stœchiométriques. Soit la réaction de formation du sulfure d'aluminium à partir de soufre et d'aluminium. L'expérimentateur choisit d'utiliser 150 mmol de soufre. Quelle doit être la quantité d'aluminium à utiliser ? Quelle sera la quantité de sulfure d'aluminium formée ?
Tableau récapitulatif
2 Al
+ 3 S
=
Al2S3
Départ
100 mmol
150 mmol
0
Fin
0
0
50 mmol
Exemple 2. Conditions non stœchiométriques. A partir du même exemple, si on part de 150 mmol d'aluminium et de 150 mmol de soufre, il restera à la fin 50 mmol d'aluminium
2 Al
+ 3 S
=
Al2S3
Départ
150 mmol
150 mmol
0
Initial
Réagi
Final
150 mmol
100 mmol
50 mmol
Initial
Réagi
Final
150 mmol
150 mmol
0
Fin
50 mmol
0
50 mmol
