CHM131 Cours 2. Décrire la matière Exploitation des procédés Modèle particulaire

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1 CHM131 Cours 2 Décrire la matière Exploitation des procédés Modèle particulaire

2 Retour sur l activité : Les incertitudes Bloc A : outil Mesure Volume IR IA IA(cm³) en cm³ Vmin Vmax règle cm 5 5 4,4 110,000 0, règle pouce 1, ,875 7,266 0,09 0,7 1E+01 1,2E+02 1,1E+02 1,3E+02 pied à coulisse 5 5,03 4,47 112,421 0,003 0,3 0,3 112,4 112,1 112,7 Volume en cm³ Concordance 1, , , , , ,

3 Grandeurs Physiques : VOLUME Espace occupé par de la matière ou du vide Dépend des conditions dans lesquelles se trouvent la matière Température Pression État physique Unité : Dans SI : m³ (unité métrique) Autre : Litre : 1L = 1dm³ = 0,001 m³. 1 cm³ = (1 x 10-2 m)³ = 1 x 10-6 m³ 1 ml = 1 cm³ Méthode de mesure dépend donc de l état physique 3

4 Grandeurs Physiques : VOLUME Solide : a sa propre forme et occupe un volume bien défini à une température donnée Liquide : épouse la forme du contenant et occupe un volume bien défini à une température donnée Gaz : pas de forme propre et occupe tout le volume du contenant 4

5 Grandeurs Physiques : MASSE Attention : le poids est une force Masse = Mesure de la quantité de matière dans un objet Poids = force que la gravité exerce sur un objet F = ma Indépendante des conditions d utilisation Unité SI : kilogramme [kg] Loi de la conservation de la matière : Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme 5

6 Grandeurs Physiques : MASSE VOLUMIQUE Rapport entre la masse de l échantillon et le volume occupé par celui-ci : Masse Volume Unité SI : kg/m³ 1 kg/m³ = 1 g/dm³ (ou L) = 1 mg/cm³ (ou ml) Définie pour une température Ne dépend pas de la quantité de matière 6

7 Grandeurs Physiques : MASSE VOLUMIQUE Pour les Solides : Masse volumique apparente car inclut espace entre les grains Pour un Gaz : dépend de la température et de la pression Pour un Liquide : Varie avec la température comme le volume En général : ρ diminue lorsque la température augmente 7

8 Exercices Quelle est la masse de 3,5 L d éthylène glycol à 40 C? Déterminer en L, le volume occupé par 2,50 kg de benzène à 20 C. 8

9 Grandeurs Physiques : TEMPÉRATURE Variable liée au mouvement des particules Symbole : T Unité SI : K, kelvin Échelle absolue : 0 Kelvin = 0 absolu Autres unités Celsuis : C T (K) = T( C) + 273,15 Fahrenheit : F Variation de température de 1 K est équivalente à une variation de 1 C 9

10 La matière 10

11 Définitions : Mélanges Hétérogène : Constitué de 2 substances ou plus mais de matières différentes et en quantités variées. Peut être séparé par des moyens physiques. Homogène : Constitué de 2 ou plusieurs substances, mais dont l apparence est une seule substance. Appelée aussi solution. 11

12 Volume des solutions liquides APPROXIMATION!!! Ce n est pas la réalité Volume total du mélange = somme des volumes de chacun des constituants 12

13 Définitions : Substances Pures Composition fixe et ne peut pas être séparé par des moyens physiques. Propriétés distinctes Composé : Composée de deux ou plusieurs éléments liés ensemble par une liaison chimique, Proportions fixes et constantes Ne peut pas être séparé en ses éléments par des moyens physiques mais par des moyens chimiques. Élément : Substance pure formée d un seul type d atome. Il ne peut pas être séparé chimiquement en substance plus simple. 13

14 Les Fractions Massique %mas = masse(composé) masse(totale) Valable pour tous les types de mélanges Volumique %vol = volume(composé) volume(totale) Dépend des conditions d utilisation Ne dépend pas de la température ou de la pression Addition des liquides seulement pour les liquides!!!! PAS D UNITÉ 14

15 Concentration Massique Volumique Masse d un composé sur le volume total. masse(composé) volume(total) Unité :kg/m³, g/l,... Pour petite quantité : Partie par millions (ppm), partie par milliard (ppb) 1ppm = 1g (composé) 10 6 (mélange) 1ppb = 1g (composé) 10 9 (mélange) 15

16 Masse Volumique d un Mélange Masse totale = somme des masse de chaque composé du mélange Si température est la même pour tous les liquides : Volume total = somme des volumes de chaque composé du mélange ρ mélange = m(totale) V(total) 16

17 Exemple Une solution contient 40,0% vol en méthanol, le reste est de l eau. La température du mélange est 60 C. On cherche la fraction massique du méthanol. 1. On regarde la valeur des masses volumiques des deux composés pour la température de 60 C. 2. On connait le %vol, donc on fait une supposition sur le volume total V total = 100 L. On calcule le volume de chaque composé. 17

18 Exemple 3. On peut calculer la masse de chaque constituant avec la masse volumique 4. La fraction massique correspond à la masse d un composé sur la masse totale. On cherche la masse volumique du mélange. On peut ajouter les volumes des deux constituants car c est un mélange de deux liquides à la même température 18

19 Exercices On mélange 20,8g de méthanol avec de l éthylène glycol. On veut 35,0%vol d éthylène glycol dans le mélange. La température du mélange est 60 C. Quel est le volume d éthylène glycol dans la solution? Quelle est la concentration massique volumique d éthylène glycol. On a une solution d eau et d éthanol avec une fraction massique de 0,400 en éthanol. La température de la solution est 30 C. Quel est le %vol d éthanol? Quelle est la masse volumique de la solution? 19

20 Amedio Avogadro ( ) Distinction entre atome et molécule Une molécule est constituée d un ou plusieurs atomes Il donne son nom au nombre constant de molécules contenues dans un mole qui sera déterminé plus tard N A = 6,022 x entités chimiques 1860 : Cannizzaro L atome Détermine est la les plus poids petite moléculaires quantité de corps simple qui entre dans les molécules de leurs combinaisons 20

21 Molécule Plus petite particule d un corps pur que l on puisse concevoir sans détruire le corps pur. Constitué de molécules identiques. Composée d un ensemble d atomes Atomes qui s assemblent peuvent être identiques ou différents Cu 2 O ou N 2 Atome Corps simple est constitué d atomes identiques Plus petite particule d un corps simple que l on peut concevoir sans détruire ce corps simple Indivisibles, indestructibles et immuables. Symbole chimique Chaque élément est représenté par une ou deux lettres symboliques N (azote), C (carbone) 21

22 Élément Au corps simple correspond l élément chimique Élément chimique = carbone par exemple Corps simple correspondant : graphite, diamant Du corps pur Extraire corps simple par opération chimique auquel correspond élément Dans un réaction, c est l élément qui se conserve et non le corps simple. 22

23 Mole Utilisé pour dénombrer la matière (ions, atomes, molécules, particules élémentaires) Chimistes ont choisi au niveau macroscopique une unité de quantité de matière correspondant à un certain nombre d atomes, molécules MOLE Noté mol 23

24 Mole et Nombre d Avogadro Une mole est le nombre d atomes présents dans 12 grammes de l atome de carbone 12. Appelé Nombre d Avogadro Vaut 6, par mole Noté N Peut être utilisée pour atome, molécule, électron ATTENTION À BIEN PRÉCISER L ENTITÉ 24

25 Formule chimique Représente le nombre d atomes de chacun des éléments qui la constitue Exemple : H 2 O Une molécule d eau est constituée de 2 atomes d hydrogène (H) et 1 atome d oxygène (O) Soit 10 molécules d eau = 20 atomes H et 10 atomes de O En générale, on parle en mole Dans le cas de la formule moléculaire de l eau : Pour une mole d eau, on aura 2 moles d hydrogène et 1 mole d oxygène 25

26 Exercices Combien y a t il de molécules ou d atomes dans chacune des quantités suivantes? 3 mol d atomes de fer 0,5 mol de molécules d eau 100 mol de N 2(g) Combien de moles correspondent à chacun des nombres d atomes ou de molécules suivants? 7,525 x atomes de Cu 4,816 x molécules de CH 4 Combien y a t il de mol de carbone? D hydrogène? 26

27 Masse Molaire Représenté par la lettre M Masse d une mole d une entité donnée Exprimée en g/mol Tableau périodique donne pour chacun des éléments la masse molaire d une mole d atomes Mais valeur moyenne pondérée de la masse des isotopes!!!!! Par exemple, la masse molaire de l oxygène est : 15,9994 g/mol Soit, une mole d oxygène correspond à 15,994 g 27

28 Masse Molaire Il est possible d utiliser la masse et la masse molaire d un composé pour déterminer les nombre de moles mol n = m M g quantité de matière = masse Masse molaire g/mol Masse molaire d un composé : Additionner la masse molaire de chacun des atomes selon la formule chimique Exemple : Fe 2 O 3 M(Fe 2 O 3 ) = 2*M(Fe) + 3*M(O) = 2*55, *15,9994 = 159,6882 g/mol 28

29 Exercice Calculer la masse molaire de : Calculer le nombre de mole ou la masse de chaque composé : NOCl 2 B 4 H 10 NOCl 2 B 4 H 10 n = 0,326 mol n = 0,27 mol 29

30 Pourcentage massique Pourcentage massique d un atome dans un composé %mas = M atome nombre M(molécule) CaCl2 M(CaCl2) = 40, *35,453 M(CaCl2) = 110,984 g/mol Pourcentage de chlore dans le composé : M Cl 2 %mas Cl = M CaCl 2 %mas Cl = 2 35, ,984 %mas Cl = 63,9% 30

31 Fraction molaire %mol = n composé n(total) x est la fraction molaire d un mélange liquide Ou %mol Sans unité Possibilité de transformer l expression molaire en massique et inversement avec la masse molaire 31

32 Cas de solutions liquides Utilisation de la concentration molaire volumique ou molarité. molarité = n composé V(solution) Unité : mol/l 10 M se lit 10 molaire, c est équivalent à 10 mol/l 32

33 Exercices Calculez le nombre de moles d atomes d aluminium dans 999 g d aluminium. Quelle sera la masse en g de 0,3333 moles de néon? Combien de moles d hydrogène y a-t-il dans 25 moles d octane (formule C 8 H 18 )? Quel est le %mas de carbone dans la molécule d octane? Dans 96,4 g d octane, quelle est la masse de carbone? 33

34 Grandeurs Physiques Grandeurs physiques par unités de temps 34

35 Débit Volumique Débit volumique : À l état liquide seulement Température constante Transformation physique et non chimique Q Q entrant sortant Dans le cas où le liquide a une vitesse θ, et une aire de conduite A Q = A θ = m² m/s = m³/s 35

36 Débit Massique Principe de conservation de la masse en écoulement stationnaire. Rien ne se perd, Rien ne créé, Tout se transforme!!!! m m entrant sortant Valable à toute les températures 36

37 Exercice Deux conduites convergent vers une conduite commune. La première conduite transporte 5,00 L/min d eau à 50 C et la seconde 8,40 g/s d eau à 40 C. Le mélange est ensuite refroidi à 10 C. a. Calculez le débit massique dans chacune des conduites d amenée b. Calculez le débit massique dans la conduite commune c. Calculez le débit volumique dans la conduite commune à 10 C. 37

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