Quelle est la différence entre une transformation chimique et une transformation physique ?

Transformations physiques : même substance, nouvelle apparence

Lors d’une transformation physique, l’apparence d’une substance change, mais ses particules restent les mêmes. Découper du papier, écraser une canette, étirer un élastique et casser un verre sont tous des transformations physiques. Les morceaux sont plus petits ou de forme différente, mais ils restent du papier, du métal, du caoutchouc et du verre.

Les changements d’état sont eux aussi des transformations physiques. Quand la glace fond, elle devient de l’eau liquide, et quand l’eau bout, elle devient de la vapeur, mais chaque molécule reste H₂O ; les molécules se déplacent simplement plus vite et s’éloignent davantage les unes des autres. La neige carbonique, c’est-à-dire du dioxyde de carbone solide, passe directement à l’état gazeux à −78,5 °C. C’est ce qu’on appelle la sublimation, et le gaz reste du CO₂.

Dissoudre du sucre ou du sel dans l’eau est généralement considéré comme une transformation physique, car on peut récupérer le solide en laissant l’eau s’évaporer.

Transformations chimiques : quelque chose de nouveau se forme

Lors d’une transformation chimique, les liaisons entre les atomes des substances de départ se rompent, et les atomes s’assemblent selon de nouvelles combinaisons. Le résultat est une ou plusieurs nouvelles substances aux propriétés nouvelles. Les atomes eux-mêmes ne sont pas détruits ; ils sont seulement réarrangés.

Brûler du bois, faire rouiller du fer, cuire un œuf, faire un gâteau, faire tourner du lait et digérer des aliments sont tous des transformations chimiques. Quand le fer rouille, le métal gris et le dioxygène gazeux deviennent un solide brun rougeâtre qui s’effrite : 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃. Quand le gaz naturel brûle sur une cuisinière, le méthane et le dioxygène deviennent du dioxyde de carbone et de l’eau : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

Signes d’une transformation chimique

On ne peut pas voir les atomes se réarranger, mais on peut chercher des indices. Les cinq signes les plus courants sont un changement de couleur qui ne vient pas simplement d’un mélange de couleurs, un dégagement de gaz (bulles ou effervescence), la formation d’un solide lorsqu’on mélange deux liquides (appelé précipité), un changement de température et une émission de lumière. Une nouvelle odeur peut aussi être un indice.

Mélanger du bicarbonate de soude et du vinaigre montre deux signes à la fois : le mélange fait de l’effervescence parce que du dioxyde de carbone gazeux se forme, et il devient légèrement plus froid. L’équation est NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. Une bougie qui brûle dégage de la chaleur et de la lumière, et une pomme coupée brunit en réagissant avec le dioxygène de l’air.

Les indices peuvent être trompeurs

Les signes sont des indications, pas des preuves. L’eau qui bout forme des bulles, mais ces bulles ne sont que de la vapeur d’eau, donc l’ébullition est une transformation physique. Mélanger de la peinture bleue et de la peinture jaune donne du vert, mais les peintures sont seulement mélangées, pas transformées en une nouvelle substance. Une ampoule allumée dégage de la lumière et de la chaleur, pourtant elle ne se change en rien de nouveau.

Pour trancher à coup sûr, demandez-vous si une nouvelle substance, avec une formule chimique différente, s’est formée. La facilité à inverser la transformation est aussi une indication utile : la glace fondue regèle, mais une allumette brûlée ne peut pas redevenir une allumette. Toutefois, toutes les transformations physiques ne sont pas faciles à défaire, puisqu’une assiette cassée reste cassée.

Comparaisons côte à côte

Comparer des paires rend la différence évidente. Faire fondre du beurre est physique, mais brûler du pain grillé est chimique. Faire bouillir de l’eau est physique, mais faire passer un courant électrique dans l’eau pour la séparer en dihydrogène et en dioxygène est chimique : 2H₂O → 2H₂ + O₂. Déchirer une feuille de papier est physique, mais y mettre le feu est chimique.

Les chimistes parlent aussi de propriétés physiques et de propriétés chimiques. Les propriétés physiques, comme la couleur, la masse volumique et le point de fusion, peuvent être observées sans modifier la substance. Les propriétés chimiques, comme le fait de brûler ou de réagir avec un acide, n’apparaissent que lorsqu’une transformation chimique a lieu.