RÉACTION, chimie
Le terme « réaction » vient de ce que, aux xviie et xviiie siècles, les chimistes analysaient les substances en observant leur réponse à l'action d'un réactif. Ils donnaient ainsi des réponses expérimentales à des questions telles que : la substance inconnue X se dissout-elle dans l'eau ? dans l'alcool ? dans de la soude ? Que se passe-t-il si je la chauffe dans un creuset avec de la potasse ? Les acides l'altèrent-ils ?
Mais le mot réaction, tel que la chimie l'adopta sous l'influence de la mécanique newtonienne, où le dualisme action-réaction joue un grand rôle, a une origine bien plus ancienne, qui se trouve dans les traductions médiévales en latin des textes d'Aristote. Les philosophes scolastiques usaient des deux couples de termes antinomiques, action-passion et réaction-repassion. Seuls les trois premiers de ces mots ont survécu jusqu'à nos jours.
Nous n'en sommes plus là, et la réaction se définit à présent comme transformation d'un édifice microscopique existant. Elle est la modification des positions relatives des atomes, à la suite de la rupture d'une ou de plusieurs liaisons ou de l'établissement de nouvelles.
Réaction, transformation, équilibre
Un exemple d'une telle transformation est la formation d'acide chlorhydrique HCl à partir du dihydrogène H2 et du dichlore Cl2, qui répond donc à l'équation : H2+Cl2 → 2HCl (lire « une molécule de dihydrogène H2 se combine avec une molécule de dichlore Cl2 pour produire deux molécules d'acide chlorhydrique HCl »).
Des milliers de réactions chimiques s'opèrent à chaque instant dans l'organisme, en particulier pour transformer les aliments en énergie. D'autres se font en usine, par exemple la synthèse de l'ammoniac NH3 à partir du diazote N2 et du dihydrogène H2, dont l'équation s'écrit : N2+3H2→ 2 NH3, et qui s'effectue grâce au procédé que mirent au point, au début du xxe siècle, les Allemands Fritz Haber et Carl Bosch. Ce procédé exige une catalyse, ainsi que des températures et des pressions élevées au sein du réacteur.
Or toute réaction chimique, surtout celles qui se déroulent dans d'aussi rudes conditions, s'assortit quasi instantanément de sa propre négation, la réaction inverse. Dès que des molécules d'ammoniac NH3 se sont formées, à moins qu'on ne les soutire du réacteur et qu'on les refroidisse au fur et à mesure de leur apparition, elles se décomposent en redonnant les réactants N2 et H2. Ainsi, la réaction directe (formation d'ammoniac) coexiste avec la réaction inverse (décomposition d'ammoniac). Ces deux processus antagonistes se déroulent et s'affrontent jusqu'à ce que s'établisse un état d'équilibre.
De nombreuses autres réactions chimiques sont accélérées par leur chauffage, et elles exigent souvent des pressions élevées. L'agitation des molécules (mouvement brownien) au sein d'un gaz ou d'un liquide les fait entrer en collision, mais il ne peut y avoir réaction que si elles ont l'orientation mutuelle qui convient et si elles sont dotées d'une énergie suffisante.
Toute réaction chimique est un remaniement : les positions relatives des atomes changent entre l'état initial et l'état final. Par exemple, pour former l'acide chlorhydrique HCl dans la réaction précitée, on doit commencer par rompre des liens très forts : ceux de la liaison entre les deux atomes d'hydrogène dans H2 et de chlore dans Cl2. Dès lors, des questions se posent : les liaisons H-H et Cl-Cl sont-elles ou non rompues simultanément ? Y a-t-il ou non synchronisation avec la formation de la nouvelle liaison H-Cl ? Quelle est la meilleure orientation mutuelle des molécules H2 et Cl2 pour la formation la plus rapide d'HCl ?
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Écrit par
- Pierre LASZLO : professeur honoraire à l'École polytechnique et à l'université de Liège (Belgique)
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