Notes de chimie analytique, Notes de Chimie analytique
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Melissa_s10 January 2014

Notes de chimie analytique, Notes de Chimie analytique

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Notes de chimie sur la chimie analytique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Quelques rappels d'ordre général au préalable, MÉLANGES SIMPLES, RÉACTIONS,
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CHIMIE ANALYTIQUE

La chimie est une science très complexe à n-corps que les mathématiques ne peuvent

expliquer sans l'apport de simulations numériques sur ordinateur ou d'approximations quant à

l'utilisation de la théorique quantique (voir section d'atomistique). D'ici que ces outils soient

suffisamment puissants et accessibles à tout le monde, la chimie reste une science

principalement expérimentale basée sur l'observation de différentes propriétés de la matière

dont voici quelques définitions fortes importantes (que nous retrouvons d'ailleurs dans d'autres

domaines que la chimie).

Définitions:

D1. Une "propriété subjective" est une propriété basée sur une impression

personnelle/individuelle, par exemple, la beauté, la sympathie, la couleur, l'utilité, etc...

D2. Une "propriété objective" est une propriété ressentie (qui ne peut être contredite), par

exemple, sa masse, son volume, sa forme, etc...

D3. Une "propriété qualitative" est une propriété qui descriptive donnée à l'aide de mots. Par

exemple : forme ovale, magnétique, conducteur, etc...

D4. Une "propriété quantitative" est une propriété qui se chiffre. Par exemple : sa masse, son

volume, sa densité, etc...

D5. Une "propriété caractéristique" est une propriété exclusive qui permet d'identifier une

substance pure. Elle ne change pas même si l'on transforme physiquement la matière, par

exemple, sa masse volumique, son point d'ébullition, son point de fusion, etc...

D6. Un corps est dit un "corps pur" lorsque tout échantillon de ce corps présente des valeurs de

constantes bien définies et identiques à celles de l'ensemble (densité, point de fusion, point

d'ébullition, indice de réfraction, etc.).

Remarque: Nous connaissons environ 2'000'000 substances pures différentes en ce début de

21ème siècle (c'est dire… qu'il y a du travail derrière).

D7. Nous nommons "corps composés", les corps purs qui, soumis à des procédés chimiques,

restituent leurs composants.

D8. Si nous effectuons la séparation des mélanges et la décomposition des combinaisons, nous

obtenons finalement des corps qui sont indécomposables par les méthodes chimiques

classiques; nous les nommons "éléments" ou "corps simples".

Ainsi, la plus petite partie d'une combinaison chimique présentant encore toutes les propriétés

de celle-ci est la "molécule" de cette combinaison. La plus petite partie d'un élément ou corps

simple est "l'atome" de cet élément.

Quelques rappels d'ordre général au préalable :

R1. Un mélange est dit "hétérogène" en chimie si ces constituants sont immédiatement

discernables à l'oeil nu ou au microscope

R2. Une mélange est dit "homogène" en chimie si ces constituant ne sont pas discernables à

l'oeil nu ou au microscope.

MÉLANGES SIMPLES

Avant de partir dans des équations plus ou moins compliquées, le cas le plus simple

d'application des mathématiques à la chimie par lequel nous pouvons commencer est la gestion

des mélanges pour les opérations d'analyse et de contrôle de réactions chimiques simples avec

deux mélanges.

Considérons deux exemples typiques et particuliers:

1. Soit une solution (jaune) de 10 millilitres d'une solution qui contient une concentration

d'acide à 30%. Combien de millilitres d'acide pur (bleu) devons-nous rajouter pour augmenter la

concentration (verte) à 50%?

(55.1)

Puisque l'inconnue est la quantité d'acide pur à rajouter, nous la noterons x. Nous avons alors:

(55.2)

Ce qui donne:

(55.3)

Il vient alors trivialement:

(55.4)

Donc 4 millilitres d'acide devraient être ajoutés à la solution d'origine.

2. Un jerricane contient 8 litres d'essence et d'huile pour faire fonctionner un agrégat. Si 40% du

mélange initial est de l'essence, combien devrions-nous enlever du mélange (reste en rose)

pour le remplacer par de l'essence pure (vert clair) pour que le mélange final (vert caci)

contienne 60% d'essence?

(55.5)

Nous noterons x l'inconnue qui est le nombre de litre du mélange initial à retirer et à remplacer

par l'essence pure qui étant de quantité égale est aussi x. Nous avons alors:

(55.6)

Ce qui donne:

(55.7)

Il vient alors trivialement:

(55.8)

Donc 2.6 litres devraient être enlevés du mélange d'origine et être remplacer par 2.6 d'essence

pure.

Bref voilà pour les mélanges. Nous pouvons aller beaucoup plus loin, et faire beaucoup plus

compliqué avec plus d'inconnues mais nous nous arrêterons là pour l'instant.

RÉACTIONS

Puisque l'étude principale en chimie consiste à observer les résultats de mélanges de corps purs

et/ou composés, il convient d'abord de nous attarder sur les règles de bases qui régissent ces

mélanges dans des conditions normales de pression et de température (C.N.T.P).

Il convient au préalable de préciser que nous n'allons pas étudier dans ce chapitre ce qui crée

les liaisons entre les éléments car ceci est le rôle de la chimie quantique et moléculaire (voir

chapitres précédents). De plus, nous insistons sur le fait que chaque élément théorique sera

illustré d'un exemple pratique auquel il peut être utile de se reporter parfois pour mieux

comprendre.

Considérons maintenant un système chimique fermé (sans transfert de masse donc!), nous

traduisons la modification de la composition (s'il y a lieu et si elle existe) du système chimique

par une équation de réaction de la forme (le système ne va pas toujours dans les deux sens!) :

(55.9)

appelée "équation de bilan" où les coefficients sont appelés "coefficients

stoechiométriques" dans le sens où ils indiquent les "proportions d'or", rigoureusement

appelées "proportions stoechiométriques", nécessaires tel qu'à des conditions normales la

réaction puisse avoir lieu et où les sont les produits réagissant (purs ou composés) et

les produits formés.

Attention! Dans l'écriture de l'équation ci-dessus, nous imposons que tous sans exception

réagissent à la réaction chimique et donc que tous les sont dépendants.

Si les proportions d'or sont respectées (tels que les coefficients soient bien stoechiométriques!)

et existent lors de l'écriture de l'équation de réaction, alors pour tout nous avons :

(55.10)

cette proposition n'est démontrable que si les coefficients stoechiométriques d'un côté ou

l'autre de la réaction varient de manière proportionnelles. L'expérience montre que dans des

conditions normales de température et de pression (C.N.T.P) cela est bien le cas.

Dès lors, la stoechiométrie de la réaction impose que s'il disparaît dans le système moles

de , moles de avec respectivement une variation de matière des produits ..., il

apparaîtra en conséquence moles de , moles de , ... avec respectivement une

variation de matière des produits ... en respectant les proportionnalités des

coefficients stoechiométriques tel que nous puissions écrire "l'équation du bilan de matière" :

(55.11)

où est appelé "avancement élémentaire de la réaction" (fréquemment on prendra les valeurs

absolues des rapports pour ne pas avoir à réfléchir sur le signe des variations).

La division des variations et par leurs coefficient stoechiométriques se

justifie uniquement pour des raison de normalisation ayant pour objectif de rapporter à

une valeur comprise entre 0 et 1 (soit entre 0% et 100%...).

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