Réaction endothermique

Une réaction chimique ou un processus physique est dit endothermique s'il est accompagné d’une absorption de chaleur. C'est l'opposé d'une réaction ou d'un processus exothermique. L'énergie requise pour briser les liaisons dans les réactifs est supérieure à l'énergie dégagée par la formation de liaisons dans les produits.

Liste de phénomènes endothermiques

• Transitions de phases (état de la matière) (vapeur, solide, liquide);
  • Transitions de liquide à gazeux (vaporisation): par unité de masse, la totalité de la chaleur nécessaire au changement d'état à une pression donnée est dite chaleur latente massique de vaporisation;
  • Transitions de solide à liquide (fusion): par unité de masse, la totalité de la chaleur nécessaire au changement d'état à une pression donnée est dite chaleur latente massique de fusion;
  • Transitions de solide à gazeux (sublimation) ;
• Détente des gaz
• Certaines dissolutions d’un soluté dans un solvant ;
• Désorption d’un gaz ;
• Certaines réactions de décomposition chimique;

Exemples, illustrations de phénomènes endothermiques

• Evaporation:
  • Paliers des diagrammes de phase qui concerne tous les corps pur, les quasi-pur et aussi les alliages. L'exemple le plus commun de ces paliers est celui de 100°C de l'ébullition de l'eau. En effet malgré l'apport de chaleur, la température de l'eau reste stable à cause de l'endothermie de son évaporation. Ce palier de cuisson est la base des cuissons les plus simples, pratique et efficace le bouillon. Plus élaboré les paliers à 120°C (moyenne de ces appareils) obtenu grâce aux autocuiseurs. Ce sont les appareils idéaux et simples pour par exemple: Stérilisation à la vapeur, pasteurisation etc...
  • Cuissons d'aliments au four: elles provoquent beaucoup d'évaporation (donc des endothermies limitant à coeur la pénétration de chaleur de cuisson), c'est d'ailleurs de là que viennent les règles de quasi proportionnalité des temps de cuisson aux masses des aliments cuits (compensation des énergies perdues par évaporation).
  • Refroidissement éolien: une endothermie très amplifiée, accélérée par la vitesse du vent (cette vitesse et sa prédiction est nécessaire par exemple en météorologie, pour l'alpiniste). Le principe de cette endothermie est utilisé dans le fonctionnement du psychromètre, appareil mesurant l'humidité à partir des écarts de températures entre une zone sèche et une zone humide.
  • Refroidissement physiologique nécessaire pendant l'effort (éolien et massique) engendré naturellement et automatiquement par la sudation.
  • Refroidissements très brutaux, utilisés en métallurgie pour les opérations de trempe avec de l'eau, de l'huile (l'air en jet est parfois utilisé).
  • Refroidissement des outils d'usinages (tour, fraiseuse, meuleuse, perceuse, pierres, etc): en effet les "huiles-de-coupes" sont des émulsions aqueuses: eau/gras, un peu comme un savon liquide.
  • Refroidissement d'une bouteille d'eau tiède alors qu'elle est en plein soleil si elle est recouverte d'un linge humide.
  • Un refroidissement connu, complexe, paraissant contradictoire, mais très sensible, observé quand on entre d'un extérieur très froid avec des chaussures humides ou des gants gelées dans une pièce chaude et sèche (identiquement et amplifié dans une voiture avec l'air pulsée sur les chaussures par effet de refroidissement aéraulique). L'enceinte thermique de ces chaussures (intérieur) est alors brutalement abaissées en température (non-pas élevée) (avant bien plus tard de remonter). En effet le double changement de phase dans l'épaisseur de la chaussure (fusion et évaporation) et dans la périphérie, provoque un refroidissement très brutale et douloureux à 0°C. Température qui ne changera que très très lentement. Il faut souvent envisager des solutions, tellement est douloureux ce phénomène: retirer ces chaussures anciennes, emballer les pieds dans une serviette sèche, changer de chaussettes et de chaussures, en montagne mettre sont rechange dans un sac isotherme avec un chaufferette.
  • C'est un phénomène identique pour les pots en terre que l'on a tendance naturellement à utiliser pour protéger, passagèrement du gel un plan au jardin à l'automne de la gelée du matin. Le plan meure alors à tout les coups tellement le froid interne est intense et pire à l'arrivée du soleil. Autre exemple, ré-enfiler un vêtement trempé après la pluie pour sortir au soleil. Les maillots intégraux et surtout ceux des femmes jusqu'au milieu du XXe, les burkini sont des outils de torture, parfaits pour attraper froid alors que les bambins se régales. La solution pour ceux qui ne peuvent pas mettre autre chose qu'un "intégral (couvert)" pour ce baigner, c'est la combinaison isotherme.

• Fusion:
  • Paliers des diagrammes de phase, exemple du 0°C maintenu malgré le froid d'un lac (ou de la mer -1,9°C pour une salinité de 35g/l).
  • Fusion de la neige sur un pare-brise chaud provoquant un important échange refroidissant par l'endothermie de la fusion. La buée à l'intérieur augmente avec la quantité et masse des flocons fondants. Les canadiens n'ont d'ailleurs pas le droit de rouler avec une couche de neige ancienne sur leur voiture (en partie pour cela). La réglementation leur impose le nettoyage avant le départ sous peine de contravention.
  • Fusion de la glace et de la neige sur les routes en hiver surtout quand elle est provoquée par le salage. Ce salage abaisse alors nettement la température de fusion de la glace (mélange eutectique). Pour cette raison, ces opérations de salage doivent être évitées en soirée, le refroidissement nocturne pourrait amplifier le regel. La route lessivée et son sel enlevé, pourrait alors regeler, par exemple en captant la vapeur d'eau reformant de la glace.
• Contre-exemple qui se produit à basse température, d'analyse peu aisée:
  • Protection printanière des arbres fruitiers par aspersion par les professionnels. En effet, le gel des fleurs éradique une récolte annuelle en quelques secondes. Les professionnels combattent attentivement et automatiquement ces risques par des arrosages lors de leur début de période de végétation et floraisons lors des séquences de gel. Souvent, ces séquences de gel très courtes au levée du jour ont une consommation d'eau assez faible. La mise en purge des asperseurs automatiques limite les risques de casse du matériel avec le gel. Ces solidifications d'eau directe sur les branches provoquent des absorptions des frigories environnantes et garde la température à l'isotherme de glaciation, 0°C au cœur de ces gangues de glace. La phase de mise en route ne peut être faite qu'avant le passage à 0°C car la pulvérisation déclenche d'abord une chute de température surtout par temps sec et venteux (évaporation initiale élevée pendant l'élévation de l'hygrométrie de la masse d'air). Cette technique nécessite de l'instrumentation répartie et très fiable comme en nivologie artificielle, neige de culture.

Réaction chimique endothermique

La chaleur mise en jeu lors d'une réaction chimique effectuée à température et pression constante (sans montage électrochimique de pile), correspond à la variation de la fonction d'état enthalpie : ΔH. Cette différence d’énergie, exprimée en kilojoules par mole, peut être :

• Positive (endothermique) ;
• Négative (exothermique) ;
• Nulle (athermique).

Une réaction endothermique peut s'écrire sous la forme suivante :

Réactifs + Énergie → Produits

Une réaction est endothermique lorsque les réactifs de départ possèdent des liaisons chimiques plus fortes que celles des produits formés : de l’énergie doit donc être absorbée depuis l’environnement pour créer les nouvelles liaisons.

Lors d'une réaction chimique endothermique, il faut constamment alimenter les réactifs en énergie pour que la réaction s'effectue. L’énergie calorifique mise en jeu lors d’une réaction endothermique est, par convention, considérée comme positive pour le système qui la reçoit.

Articles connexes

• Thermochimie

Liens externes

• Thermochimie
• L'énergie chimique