La conservation de la masse
Comprendre pourquoi la masse totale ne change pas lors d'une réaction.
Introduction
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Cette phrase est attribuée au chimiste français Antoine Lavoisier, au XVIIIe siècle. Elle résume une loi fondamentale de la chimie : lors d’une transformation chimique, la masse totale se conserve.
L'essentiel à retenir
Lors d’une transformation chimique, la masse totale des réactifs qui ont réagi est égale à la masse totale des produits formés.
Cette conservation de la masse s’explique par la conservation des atomes : ils se réarrangent, mais ne disparaissent pas et ne se créent pas.
Pour le vérifier, l’expérience doit être réalisée en système fermé, pour qu’aucun gaz ne s’échappe.
Explication
On peut réaliser l’expérience suivante. On place du vinaigre et du bicarbonate de soude dans un flacon, séparés, puis on ferme le flacon avec un ballon de baudruche. On pèse l’ensemble : par exemple 152,3 g. On mélange les réactifs : une effervescence se produit et le ballon gonfle, car du dioxyde de carbone se forme. On pèse à nouveau : la balance indique toujours 152,3 g. La masse s’est conservée.
Si l’on fait la même expérience dans un bécher ouvert, la masse semble diminuer. Ce n’est pas que de la matière a disparu : le dioxyde de carbone formé s’est échappé dans l’air. C’est pourquoi il faut travailler en système fermé pour vérifier la loi.
De même, quand une bûche brûle, il ne reste qu’un petit tas de cendres. La masse semble avoir diminué, mais les gaz produits (dioxyde de carbone et vapeur d’eau) sont partis dans l’atmosphère. À l’inverse, quand un clou rouille, sa masse augmente : il a fixé de l’oxygène de l’air.
Cette loi s’explique au niveau des atomes. Lors d’une réaction, les molécules se cassent et les atomes se réassocient différemment, mais leur nombre et leur nature ne changent pas. Comme chaque atome a une masse, la masse totale reste identique. C’est aussi pour cette raison qu’une équation de réaction doit être équilibrée.
Lavoisier a démontré cette loi en pesant très précisément les substances avant et après des réactions réalisées dans des récipients scellés. Ses travaux ont fait de la chimie une science fondée sur la mesure.
Exemples
Flacon fermé : 152,3 g avant et après la réaction.
Bécher ouvert : la masse diminue car le CO₂ s’échappe.
Combustion de 12 g de carbone avec 32 g de dioxygène → 44 g de dioxyde de carbone.
Un clou rouillé est plus lourd qu’un clou neuf.
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O : même nombre d’atomes de chaque côté.
Méthode
1. Je pèse le système (récipient + réactifs) avant la réaction.
2. Je vérifie que le système est fermé.
3. Je déclenche la réaction sans rien ajouter ni retirer.
4. Je pèse à nouveau et je compare.
5. J’explique le résultat par la conservation des atomes.
Attention
Si la masse change lors d’une expérience, ce n’est pas que la loi est fausse ! C’est qu’un gaz est sorti du récipient ou qu’un gaz de l’air a réagi. La conservation de la masse ne se vérifie qu’en système fermé.
Résumé de la notion
Lors d’une transformation chimique, la masse totale se conserve, car les atomes se réarrangent sans disparaître ni apparaître. Pour le vérifier, on travaille en système fermé. Cette loi a été établie par Lavoisier au XVIIIe siècle.
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