Une réaction de décomposition est un type de réaction chimique dans laquelle un composé est décomposé en composants plus simples. C’est le contraire de la synthèse chimique, dans laquelle des éléments ou des composés relativement simples se combinent pour en produire un plus complexe. Puisqu’une réaction de décomposition implique la rupture de liaisons chimiques, elle nécessite l’ajout d’énergie ; cela peut provenir de la chaleur, d’un courant électrique ou d’autres sources. Parfois, un catalyseur va accélérer la réaction ou lui permettre de se dérouler à une température plus basse. Ces réactions sont utilisées industriellement dans la production de certains éléments — en particulier des métaux réactifs — et en laboratoire pour l’analyse d’échantillons.
Décomposition par la chaleur
La chaleur est couramment utilisée pour provoquer une réaction de décomposition. Lorsqu’un composé se réchauffe, ses atomes se déplacent plus vigoureusement et ce mouvement peut rompre les liaisons chimiques. Par exemple, si le carbonate de calcium (CaCO3) est fortement chauffé, il se décomposera en oxyde de calcium (CaO) et en dioxyde de carbone (CO2). La température requise pour décomposer un composé dépend de la force des liaisons qui le maintiennent ensemble. Dans cet exemple, le carbonate de calcium perd un atome de carbone et deux atomes d’oxygène sous forme de CO2, mais le calcium retient un atome d’oxygène car la liaison calcium-oxygène est très forte et ne peut être rompue en chauffant à une température facilement réalisable.
Les éléments les plus réactifs ont tendance à former des liaisons plus fortes et sont donc plus difficiles à séparer de leurs composés. Contrairement à l’exemple ci-dessus, les oxydes de métaux moins réactifs, tels que l’argent et le mercure, peuvent être décomposés par un chauffage relativement modéré, libérant de l’oxygène et laissant le métal pur. Les métaux hautement réactifs, tels que le sodium et le potassium, ne peuvent pas être séparés de leurs composés par chauffage seul.
Électrolyse
À l’état liquide, les éléments peuvent être séparés d’un composé par l’application d’un courant électrique continu dans un processus connu sous le nom d’électrolyse. Le courant circule à travers des électrodes, qui sont placées dans le liquide. Les électrons chargés négativement pénètrent dans une électrode, appelée cathode, et sortent de l’autre, appelée anode. La cathode a donc une charge négative, et l’anode, une charge positive. Les ions dans le liquide se déplacent vers l’électrode de charge opposée, permettant au courant de circuler.
Un exemple est la décomposition de l’eau en hydrogène et oxygène par électrolyse. L’eau pure est un très mauvais conducteur, mais l’introduction même d’une très petite quantité d’un composé ionique, tel que le sulfate de sodium, améliore considérablement sa conductivité et permet l’électrolyse. À la cathode, l’eau (H2O) est divisée en hydrogène gazeux (H2) et en ions hydroxyde (OH-), qui sont attirés par l’anode chargée positivement. À l’anode, l’eau est divisée en oxygène gazeux et en ions hydrogène (H+), qui sont attirés par la cathode.
Autres facteurs
Dans certains composés, l’énergie nécessaire à la décomposition est faible et peut être fournie par un choc mineur, tel qu’un impact physique. L’un de ces composés est l’azoture de plomb (Pb(N3)2), qui se décompose de manière explosive en plomb et en azote gazeux s’il est soumis à un impact assez faible. L’azoture de sodium est un composé similaire, mais légèrement moins sensible, qui est utilisé pour gonfler les airbags de voiture en cas de collision.
La lumière peut provoquer la décomposition de certains composés. Par exemple, le chlorure d’argent est converti en argent et en chlore gazeux lorsqu’il est exposé à la lumière. Ce phénomène a été crucial pour le développement de la photographie.
catalyseurs
Dans de nombreux cas, une réaction de décomposition peut être déclenchée ou accélérée par l’utilisation d’un catalyseur. Ces substances ne participent pas à la réaction, et sont donc inchangées par celle-ci, mais elles favorisent le déroulement de la réaction. Un bon exemple est la décomposition de solutions diluées de peroxyde d’hydrogène (H2O2) en eau et oxygène. Cette réaction peut être favorisée par l’ajout de dioxyde de manganèse en poudre, qui agit comme un catalyseur pour produire de l’oxygène gazeux.
Les usages
La décomposition thermique est utilisée dans la production industrielle de chaux vive pour la fabrication de ciment et à diverses autres fins. L’électrolyse est utilisée dans la production de métaux réactifs. Par exemple, le sodium est produit par électrolyse de sel fondu (chlorure de sodium). Cela produit également du chlore gazeux, qui a de nombreuses utilisations industrielles, bien que la plupart du chlore soit produit par l’électrolyse de solutions salines dans l’eau. Les réactions de décomposition impliquant l’électrolyse sont également utilisées pour fabriquer du fluor, élément extrêmement réactif, et comme moyen «propre» de générer de l’hydrogène pour le carburant.
Certaines applications scientifiques dépendent des réactions de décomposition pour analyser les matériaux. En spectrométrie de masse, par exemple, un petit échantillon du matériau d’intérêt est divisé en ions, qui sont séparés en fonction de leurs charges et masses. La composition du matériau peut alors être déterminée.