Réaction exothermique

Une réaction chimique étant un cas particulier de transformation thermodynamique, on peut y appliquer les lois de la thermodynamique. Notamment, le premier principe de la thermodynamique relie la variation d'énergie (ou d'enthalpie) aux transferts thermiques et travaux reçus par le système. Dans le cas très courant en chimie d'une transformation spontanée (aucune source extérieure de travail), le premier principe de la thermodynamique s'écrit ${\displaystyle \Delta H=Q}$ où ${\displaystyle Q}$ est le transfert thermique algébrique reçu par le système (ainsi ${\displaystyle Q>0}$ si le système reçoit effectivement de la chaleur, et ${\displaystyle Q<0}$ si le système cède de la chaleur au système extérieur)[1].

Ainsi dans le cas d'une réaction exothermique, ${\displaystyle \Delta H<0}$. Comme l'enthalpie est une grandeur extensive et qu'il est plus commode de travailler avec des grandeurs intensives, on retient plutôt le critère ${\displaystyle \Delta _{\text{r}}H<0}$, où ${\displaystyle \Delta _{\text{r}}H}$ désigne l'enthalpie de réaction. Cette écriture est d'autant plus commode que les enthalpies de réaction sont aisément calculables à l'aide des enthalpies standard de formation tabulées dans des tables thermodynamiques[2].

La réaction fournissant de la chaleur au milieu extérieur, la température de celui-ci augmente à l'état final. Cela est en cohérence avec la formule de température de flamme adiabatique[3] :

$${\displaystyle T_{\text{f}}=T_{\text{i}}-{\dfrac {\Delta _{\text{r}}H^{o}}{\sum _{i\,{\text{produits}}}\nu _{i}C_{pm,i}^{o}}}}$$

En effet, ${\displaystyle \Delta _{\text{r}}H<0}$, donc ${\displaystyle T_{\text{f}}>T_{\text{i}}}$ d'après la relation ci-dessus.

Cette chaleur dégagée brutalement peut contribuer à l'emballement de la réaction qui devient alors explosive.

La brume se levant au-dessus du compost prouve que l'action bactérienne est exothermique.

De nombreuses réactions impliquant des acides ou des bases sont exothermiques.

Les réactions de combustion sont exothermiques.

La réaction peut être violente. Ainsi un fragment métallique de sodium réagit violemment avec l'eau, ne s'y enfonce pas en raison de l'intense dégagement de gaz hydrogène (inflammable) accompagné de la formation de soude caustique (hydroxyde de sodium) et d'un fort dégagement de chaleur qui peut enflammer l'hydrogène (expérience dangereuse).

Plus une réaction est exothermique plus elle produit des substances énergétiquement stables par rapport aux réactifs. L'oxygène et l'hydrogène réagissent spontanément pour former de l'eau (réaction exothermique). Par contre, la réaction inverse, c'est-à-dire transformer l'eau en hydrogène et en oxygène requiert une certaine quantité de chaleur (endothermique).

Certaines réactions exothermiques, sans être explosives, peuvent s'entretenir d'elles-mêmes dès qu'elles ont été déclenchées (l'élévation de température favorisant la vitesse de la réaction). C'est le cas de :

• la fermentation sous l'action de levures (voir figure) ;
• la réduction de l'oxyde de fer par l'aluminium métallique (aluminothermie), utilisée par les chemins de fer du monde entier pour effectuer la soudure des rails sur le terrain. La chaleur dégagée est telle que la température dépasse 2 000 °C et que le fer obtenu se trouve à l'état liquide ce qui fait fondre le bout des deux rails, assurant ainsi une soudure parfaite[4]^,[5].

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