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Qu'est-ce qu'une réaction exothermique ou endothermique, et comment les reconnaître ?

Réponse rapide

Une réaction exothermique libère de la chaleur : le milieu se réchauffe (comme une combustion). Une réaction endothermique absorbe de la chaleur : le milieu se refroidit (comme une poche de froid).

13–16 ansCollège et lycée

En une phrase

Une réaction exothermique libère de l'énergie (souvent de la chaleur) vers le milieu extérieur, qui se réchauffe ; une réaction endothermique absorbe de l'énergie du milieu extérieur, qui se refroidit.

Explication

Toute réaction chimique s'accompagne d'un transfert d'énergie. Parfois l'énergie sort des espèces qui réagissent vers le milieu extérieur : le bécher, l'air, ta main. Parfois elle entre. Les noms le disent : exo veut dire « dehors », endo veut dire « dedans », et thermique parle de chaleur.

feu
neige
bougie

Une bougie qui brûle libère de la chaleur (exothermique). Une poche de froid instantané en absorbe (endothermique).

Les réactions exothermiques libèrent de la chaleur, souvent aussi de la lumière ou du bruit. La température du milieu augmente. Exemples : la combustion du bois ou du gaz, la respiration des cellules, la neutralisation d'un acide par une base, les métaux qui réagissent avec un acide, et la poudre de fer d'une chaufferette jetable qui rouille lentement.

Les réactions endothermiques absorbent de la chaleur. La température du milieu diminue, ou la réaction ne continue que si l'on chauffe sans arrêt. Exemples : la décomposition thermique (chauffer le calcaire, du carbonate de calcium, pour obtenir de la chaux vive), la photosynthèse (qui absorbe l'énergie lumineuse), l'acide citrique avec l'hydrogénocarbonate de sodium (le bicarbonate : c'est ce qui pétille dans les bonbons acidulés en poudre) et l'électrolyse, qui demande un apport continu d'énergie électrique.

L'énergie ne se crée pas et ne disparaît pas. Dans une réaction exothermique, les espèces chimiques perdent de l'énergie et le milieu extérieur en gagne exactement autant. Dans une réaction endothermique, c'est l'inverse.

Pourquoi ? À cause des liaisons. Pour réagir, les liaisons des réactifs se rompent et de nouvelles liaisons se forment dans les produits.

Rompre des liaisons absorbe de l'énergie (endothermique).
Former des liaisons libère de l'énergie (exothermique).

Si la formation des nouvelles liaisons libère plus d'énergie que la rupture des anciennes n'en a absorbé, la réaction est exothermique. Si elle en libère moins, la réaction est endothermique.

Diagrammes énergétiques. On représente l'énergie des réactifs et des produits par deux niveaux. Pour une réaction exothermique, les produits sont plus bas que les réactifs ; pour une réaction endothermique, plus haut. L'écart est la variation d'énergie, notée ΔH (variation d'enthalpie) : négative si exothermique, positive si endothermique. Dans les deux cas, il y a d'abord une « colline » à franchir, l'énergie d'activation : l'énergie minimale dont les particules ont besoin pour réagir. C'est pour cela qu'une gazinière a besoin d'une étincelle, même si la combustion libère beaucoup de chaleur.

Exemples

Réaction ou transformation	Exothermique ou endothermique ?	Ce qu'on observe
Combustion du bois ou du gaz	exothermique	chaleur et lumière
Respiration (glucose + dioxygène)	exothermique	garde le corps au chaud
Acide chlorhydrique + soude	exothermique	la solution chauffe
Magnésium + acide chlorhydrique	exothermique	effervescence, le tube chauffe
Oxyde de calcium + eau (canettes autochauffantes)	exothermique	devient très chaud
Chauffage du carbonate de calcium	endothermique	ne réagit que si on chauffe fort
Photosynthèse	endothermique	absorbe l'énergie lumineuse
Acide citrique + bicarbonate	endothermique	pétille et refroidit
Nitrate d'ammonium qui se dissout dans l'eau (poche de froid)	endothermique	la poche devient froide

Les changements d'état suivent la même idée, même si ce sont des transformations physiques : la fusion et la vaporisation absorbent de l'énergie (endothermiques), la solidification et la liquéfaction en libèrent (exothermiques).

Erreurs fréquentes

Croire qu'« endothermique » veut dire que la réaction est froide. La réaction prend la chaleur du milieu extérieur ; c'est pour cela que le thermomètre descend.
Dire que « former des liaisons coûte de l'énergie ». C'est l'inverse : rompre des liaisons absorbe de l'énergie, en former en libère.
Se tromper de signe pour ΔH. Exothermique : les espèces perdent de l'énergie, donc ΔH est négatif.
Penser qu'une réaction exothermique démarre toute seule. La plupart ont besoin d'énergie d'activation, comme une étincelle ou une flamme.

Étape par étape

Mesure la température de départPlace le premier réactif dans un récipient isolant (un gobelet en polystyrène convient) et note la température.
Ajoute le second réactifAgite et surveille le thermomètre.
Note la température la plus haute ou la plus basseRegarde de combien elle monte ou descend.
ConclusLa température monte : exothermique. Elle descend : endothermique.
Vérifie avec l'énergiePour un calcul, fais énergie absorbée (liaisons rompues) moins énergie libérée (liaisons formées). Un résultat négatif signifie exothermique.

Exercices

Exothermique ou endothermique ?

Fais chaque exercice, puis vérifie ta réponse.

Une bougie qui brûle.
Voir la réponse
Elle libère chaleur et lumière : exothermique.
De l'eau qui gèle.
Voir la réponse
Elle libère de l'énergie quand les molécules se figent en place : exothermique (c'est une transformation physique, pas une réaction).
La photosynthèse dans une feuille.
Voir la réponse
Elle absorbe l'énergie lumineuse : endothermique.
La température d'une solution passe de 19 °C à 31 °C.
Voir la réponse
Elle monte de 31 − 19 = 12 °C : exothermique.
La température passe de 22,0 °C à 16,5 °C.
Voir la réponse
Elle baisse de 22,0 − 16,5 = 5,5 °C : endothermique.
ΔH = −890 kJ/mol.
Voir la réponse
ΔH négatif : exothermique.
ΔH = +178 kJ/mol.
Voir la réponse
ΔH positif : endothermique.
Sur le diagramme énergétique, les produits sont plus bas que les réactifs.
Voir la réponse
Les espèces ont perdu de l'énergie : exothermique.
Les liaisons rompues absorbent 679 kJ et les liaisons formées libèrent 864 kJ. Calcule ΔH.
Voir la réponse
ΔH = 679 − 864 = −185 kJ (exothermique)
Les liaisons rompues absorbent 864 kJ et les liaisons formées libèrent 679 kJ. Calcule ΔH.
Voir la réponse
ΔH = 864 − 679 = +185 kJ (endothermique)
H₂ + Br₂ → 2 HBr. Énergies de liaison : H–H 436, Br–Br 193, H–Br 366 kJ/mol. Calcule ΔH.
Voir la réponse
Rompues : 436 + 193 = 629. Formées : 2 × 366 = 732. ΔH = 629 − 732 = −103 kJ/mol (exothermique)
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Énergies de liaison : C–H 413, O=O 498, C=O 805, O–H 464 kJ/mol. Calcule ΔH.
Voir la réponse
Rompues : 4 × 413 + 2 × 498 = 1652 + 996 = 2648. Formées : 2 × 805 + 4 × 464 = 1610 + 1856 = 3466. ΔH = 2648 − 3466 = −818 kJ/mol (exothermique)

Problèmes

L'énergie des réactions au quotidien

Fais chaque exercice, puis vérifie ta réponse.

Une poche de froid pour le sport devient froide quand on la presse. La transformation est-elle exothermique ou endothermique, et où va la chaleur ?
Voir la réponse
Endothermique : les espèces chimiques prennent la chaleur de ta peau et du milieu extérieur, d'où la sensation de froid.
Une élève ajoute du magnésium dans un acide. La température passe de 20,5 °C à 34,0 °C. Calcule la variation et donne le type.
Voir la réponse
34,0 − 20,5 = hausse de 13,5 °C : exothermique.
50 g d'eau se réchauffent de 6 °C. Avec Q = m × c × ΔT et c = 4,2 J/(g·°C), quelle énergie l'eau a-t-elle reçue ?
Voir la réponse
Q = 50 × 4,2 × 6 = 1260 J (1,26 kJ)
Pourquoi une gazinière a-t-elle besoin d'une étincelle si la combustion du gaz est exothermique ?
Voir la réponse
Les particules de gaz ont besoin de l'énergie d'activation pour commencer à réagir. Ensuite, la chaleur libérée entretient la réaction.
Une canette de café autochauffante utilise de l'oxyde de calcium et de l'eau. La réaction doit-elle être exothermique ou endothermique ?
Voir la réponse
Exothermique : elle doit libérer de la chaleur pour chauffer le café.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une réaction exothermique et endothermique ?

Une réaction exothermique libère de la chaleur : le milieu se réchauffe et ΔH est négatif. Une réaction endothermique absorbe de la chaleur : le milieu se refroidit et ΔH est positif.

Comment savoir si une réaction est exothermique ou endothermique ?

Mesure la température avant et après. Si elle monte, la réaction est exothermique ; si elle baisse, elle est endothermique. Une réaction qui ne se fait que si l'on chauffe en continu est aussi endothermique.

Quels sont des exemples de la vie courante ?

Exothermiques : la combustion du bois ou du gaz, la respiration, les chaufferettes, les feux d'artifice. Endothermiques : les poches de froid instantané, la photosynthèse, la poudre effervescente qui pétille, la décomposition du calcaire dans un four à chaux.

Qu'ont-elles en commun ?

Ce sont toutes deux des réactions chimiques où des liaisons se rompent et se forment, toutes deux échangent de l'énergie avec le milieu extérieur, toutes deux ont besoin d'une énergie d'activation pour démarrer, et dans les deux cas l'énergie totale se conserve.

À quoi ressemble le diagramme d'une réaction exothermique ou endothermique ?

Pour une réaction exothermique, la courbe monte une petite colline (l'énergie d'activation) et finit plus bas qu'au départ. Pour une réaction endothermique, elle monte la colline et finit plus haut.

Comment calcule-t-on l'énergie d'une réaction ?

On additionne les énergies des liaisons rompues et on soustrait celles des liaisons formées : ΔH = énergie absorbée − énergie libérée. Pour H₂ + Cl₂ → 2 HCl, (436 + 243) − (2 × 432) = −185 kJ/mol : la réaction est exothermique.

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