Conservation De La Masse

La conservation de la masse est une loi fondamentale de la chimie et de la physique. Elle indique non seulement qu'au cours de toute expérience, y compris si elle implique une transformation chimique, la masse se conserve, mais aussi que le nombre d'éléments de chaque espèce chimique se conserve.

Depuis la découverte de la relativité restreinte au début du XX^e siècle, la conservation de la masse est vue comme un cas particulier de la conservation de l'énergie : quand les réactions impliquent des transformations nucléaire, la masse et les espèces chimiques peuvent varier ; on a en revanche conservation du nombre baryonique, conservation de la charge, conservation de l'énergie. La masse étant une forme particulière que peut prendre l'énergie, on n'exige plus de la masse qu'elle se conserve, mais que sa variation compense la variation des autres formes d'énergie.

Loi de Lavoisier

Le médecin Jean Rey a publié en 1630 un ouvrage sous le titre Essais sur la recherche de la cause pour laquelle l’étain et le plomb augmentent de poids quand on les calcine. Cet ouvrage resta longtemps ignoré, jusqu'à ce que, en 1777, Antoine Lavoisier énonce la loi qui porte aujourd'hui son nom devant l'Académie des sciences :

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »

La citation exacte est en fait

« … car rien ne se crée, ni dans les opérations de l'art, ni dans celles de la nature, et l'on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l'opération ; que la qualité et la quantité des principes est la même, et qu'il n'y a que des changements, des modifications. »

— Lavoisier, Traité élémentaire de chimie (1789), p. 101

Cet énoncé a été repris et adapté par Lavoisier au philosophe grec Anaxagore de Clazomènes.

Ce principe est par exemple illustré par la réaction chimique suivante : Ag⁺ + Cl^- → AgCl

Soient un ion Ag⁺ et un ion Cl^-, à la fin de la réaction, les deux ions n'ont pas disparu, il n'en est pas apparu de nouveau, ils se sont simplement associés chimiquement. Les quantités de matière restent donc les mêmes au fil de la réaction. Si la somme de la masse des réactifs au début de la réaction est de 10 g, alors la somme de la masse des produits à la fin de la réaction est également de 10 g.

Énergie de réaction

On sait aujourd'hui que ce qu'on appelle l'énergie de réaction dans une réaction chimique est due à la nature quantique de la structure électronique de la matière.

Cette nature quantique limite les configurations électroniques possibles et définit l'énergie qui leur correspond. Une réaction chimique correspond à la transition d'une configuration à une autre (passage d'un niveau d'énergie à un autre).

Si le niveau d'énergie d'arrivée est plus élevé que celui de départ, il faut fournir de l'énergie. La réaction est dite endo-énergétique ou endo-thermique (l'énergie étant fournie par le milieu, la température de celui-ci diminue).

Si le niveau d'énergie d'arrivée est plus bas que celui de départ, il y a dégagement d'énergie. La réaction est dite exo-énergétique ou exo-thermique (l'énergie libérée est capturée par le milieu dont la température augmente).

Dans le cas d'une réaction nucléaire (fission ou fusion), la masse des noyaux des constituants de départ et d'arrivée est différente. Cette différence se traduit sous forme d'énergie par la célèbre relation de la relativité d'Einstein E = mc², où E est l'énergie libérée lors de la réaction et m l'écart de masse entre l'état initial et l'état final et où "c" est la célérité qui est la vitesse de la lumière dans le vide de 300 000 km/s .

L'énergie libérée lors d'une réaction nucléaire est bien plus importante que celle impliquée lors d'une réaction chimique. Par exemple, la fusion d'un proton et d'un neutron pour former un noyau de deutérium libère 3,36×10^-13 J alors que la combustion de l'hydrogène et de l'oxygène ne libère que 4,75×10^-19 J par molécule d'eau, soit environ 700 mille fois moins d'énergie.

Articles connexes

• Énergie
• Conservation des masses
• constantes physiques

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