1.5.La loi de Lavoisier

Reprenons le cas, maintenant bien connu, de deux corps purs qui réagissent pour en former un troisième. La première réaction chimique que nous avons étudiée est de celles-là:

Que deviennent les masses des corps purs qui réagissent ( la masse du fer et la masse du soufre)? L'expérimentation nous fournira la réponse.

Expérience 1

Dans un creuset fermable, introduisons un mélange de 7g de fer et de 4g de soufre. Posons le creuset sur une balance, afin d'en mesurer la masse. Reprenons le creuset et chauffons-le violemment, couvercle fermé, pendant trois minutes. Réinstallons le creuset sur la balance et effectuons une nouvelle pesée. La masse est inchangée. Nous disposions avant la réaction d'un mélange de deux corps purs simples d'une masse totale de 11g. Après la réaction, la nature de la substance contenue dans le creuset a changé - il s'agit maintenant d'un corps pur composé, le sulfure de fer - mais la masse totale est restée constante: 11g.

La somme des masses des réactifs est égale à la masse du produit formé.

Voyons si cette proposition, vraie dans le cas de réactions simples, est vérifiée dans le cas de réactions plus compliquées.

Choisissons deux corps purs composés comme réactifs et non plus deux corps purs simples. Par exemple:

Dans un premier vase de Berlin, introduisons dix millilitres d'iodure de potassium. Dans un second vase de Berlin, introduisons dix millilitres de nitrate d'argent. Déposons les deux vases de Berlin sur le plateau de la balance. Tous deux contiennent dix millilitres d'un liquide incolore. Mesurons la masse totale. 

Versons ensuite le contenu de l'un des vases de Berlin dans l'autre vase de Berlin. Il apparaît un solide jaune, insoluble dans l'eau, l'iodure d'argent; le nitrate de potassium est soluble dans l'eau et incolore. La masse totale mesurée par la balance n'est pas modifiée après la réaction.

La somme des masses des réactifs est égale à la somme des masses des produits formés.

Cette loi fut énoncée en 1785 par le chimiste français Lavoisier et est connue sous le nom de "Loi de Lavoisier" ou "Loi de la conservation de la masse".

Lorsque la réaction produit un gaz, cette loi n'est vérifiable qu'en système fermé (le gaz formé ne doit pas s'échapper du flacon le contenant). Il en est de même si la réaction consomme l'oxygène de l'air (cet oxygène doit être présent dans l'air ambiant du flacon hermétiquement scellé qui contient les réactifs).

La loi de Lavoisier s'explique aisément si l'on admet que le nombre d'atomes de chaque élément chimique est identique avant et après la réaction. Reprenons la réaction:

Si l'on admet la convention de couleur suivante:

Argent

Iode

Azote

Oxygène

Potassium

Nous aurons la représentation moléculaire suivante:

+

+

Le cas de la formation du sulfure de fer est, en apparence, plus complexe en raison de l'existence du fer et du soufre sous la forme de cristaux à l'état naturel. Le cristal de soufre compte huit atomes, le cristal de fer neuf atomes. Comme un atome de fer réagit avec un atome de soufre pour former une molécule de sulfure de fer, nous devrions en toute rigueur faire réagir neuf cristaux de soufre avec huit cristaux de fer (72 atomes de soufre et 72 atomes de fer) pour obtenir 72 molécules de sulfure de fer. Dans la pratique, nous considérons la réaction à partir du moment où la quantité de chaleur fournie aux réactifs est suffisante pour casser l'édifice cristallin, les réactifs sont en fusion (à l'état liquide) et les atomes glissent facilement les uns sur les autres de telle sorte que l'on peut les considérer individuellement:

Fer     +

Soufre

Sulfure de fer

La conservation du nombre d'atomes de chaque espèce chimique entraîne la conservation de la masse du système. Il ne se crée pas de matière, il ne se détruit pas de matière durant une réaction chimique, mais la matière subit des transformations. Ce principe fut déjà soupçonné dès l'antiquité et se traduit par l'aphorisme (proposition générale énoncée en peu de mots) suivant: "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".

Synthèse 5

La "Loi de Lavoisier" s'énonce comme suit: dans toute réaction chimique, la somme des masses des réactifs est égale à la somme des masses des produits formés.

L'interprétation moléculaire en est que le nombre d'atomes de chaque élément chimique est identique avant et après la réaction.

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