Définitions. 1. La molécule d eau. 2. Formation d une solution aqueuse. Fiche Dissolution

Documents pareils
LABORATOIRES DE CHIMIE Techniques de dosage

ACIDES BASES. Chap.5 SPIESS

Rappels sur les couples oxydantsréducteurs

K W = [H 3 O + ] [OH - ] = = K a K b à 25 C. [H 3 O + ] = [OH - ] = 10-7 M Solution neutre. [H 3 O + ] > [OH - ] Solution acide

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

EXERCICE 2 : SUIVI CINETIQUE D UNE TRANSFORMATION PAR SPECTROPHOTOMETRIE (6 points)

Fiche de révisions sur les acides et les bases

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

LES SUBSTITUTIONS NUCLÉOPHILES EN SÉRIE ALIPHATIQUE S N 1 ET S N 2

BTS BAT 1 Notions élémentaires de chimie 1

1 ère partie : tous CAP sauf hôtellerie et alimentation CHIMIE ETRE CAPABLE DE. PROGRAMME - Atomes : structure, étude de quelques exemples.

Des molécules hydrophobes dans l eau

Titre alcalimétrique et titre alcalimétrique complet

BAC BLANC SCIENCES PHYSIQUES. Durée : 3 heures 30

TS1 TS2 02/02/2010 Enseignement obligatoire. DST N 4 - Durée 3h30 - Calculatrice autorisée

Physique Chimie. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral pour interpréter les formules chimiques

pka D UN INDICATEUR COLORE

Chapitre 11: Réactions nucléaires, radioactivité et fission

CHAPITRE 2 : Structure électronique des molécules

Exemple de cahier de laboratoire : cas du sujet 2014

Chapitre 6. Réactions nucléaires. 6.1 Généralités Définitions Lois de conservation

TP : Suivi d'une réaction par spectrophotométrie

Synthèse et propriétés des savons.

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

Plan du chapitre «Milieux diélectriques»

EXERCİCE N 1 : «Synthèse de l éthanamide» (7 pts)

Molécules et Liaison chimique

Perrothon Sandrine UV Visible. Spectrophotométrie d'absorption moléculaire Étude et dosage de la vitamine B 6

Le ph, c est c compliqué! Gilbert Bilodeau, agr., M.Sc.

Sujet. calculatrice: autorisée durée: 4 heures

EXERCICE II. SYNTHÈSE D UN ANESTHÉSIQUE : LA BENZOCAÏNE (9 points)

Les solutions. Chapitre 2 - Modèle. 1 Définitions sur les solutions. 2 Concentration massique d une solution. 3 Dilution d une solution

Enseignement secondaire

Séquence 5 Réaction chimique par échange de protons et contrôle de la qualité par dosage

Comment suivre l évolution d une transformation chimique? + S 2 O 8 = I SO 4

Chapitre 7 Les solutions colorées

Présentations GTF. Point de vue d un utilisateur final. Durée de vie des ouvrages : Approche Prédictive, PerformantielLE et probabiliste

Effets électroniques-acidité/basicité

Physique : Thermodynamique

Vitesse d une réaction chimique

REACTIONS D OXYDATION ET DE REDUCTION

Exercices sur le thème II : Les savons

Sondes de conductivité pour applications industrielles hygiéniques

SP. 3. Concentration molaire exercices. Savoir son cours. Concentrations : Classement. Concentration encore. Dilution :

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

CODEX ŒNOLOGIQUE INTERNATIONAL. SUCRE DE RAISIN (MOUTS DE RAISIN CONCENTRES RECTIFIES) (Oeno 47/2000, Oeno 419A-2011, Oeno 419B-2012)

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR QUALITÉ DANS LES INDUSTRIES ALIMENTAIRES ET LES BIO-INDUSTRIES

Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

1.2 Coordinence. Notion de liaison de coordinence : Cas de NH 3. et NH 4+ , 3 liaisons covalentes + 1 liaison de coordinence.

Chapitre n 6 MASSE ET ÉNERGIE DES NOYAUX

(aq) sont colorées et donnent à la solution cette teinte violette, assimilable au magenta.»

Chapitre I- Le champ électrostatique. I.1.1- Phénomènes électrostatiques : notion de charge électrique

Sartorius DocuClip & Docu-pH Meter. La nouvelle référence pour des analyses électrochimiques sûres

3 Charges électriques

A chaque couleur dans l'air correspond une longueur d'onde.

Calcaire ou eau agressive en AEP : comment y remédier?

β-galactosidase A.2.1) à 37 C, en tampon phosphate de sodium 0,1 mol/l ph 7 plus 2-mercaptoéthanol 1 mmol/l et MgCl 2 1 mmol/l (tampon P)

Liquides oraux : et suspensions. Préparations liquides pour usage oral. Solutions

Energie Nucléaire. Principes, Applications & Enjeux. 6 ème /2015

Chapitre 11 Bilans thermiques

FICHE 1 Fiche à destination des enseignants

Rapport annuel de monitoring automatisé de la qualité de l eau

La spectrophotométrie

CORRIGE. CHAP 04-ACT PB/DOC Electrolyse de l eau 1/12 1. ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UNE NAVETTE SPATIALE

Capteur à CO2 en solution

Chap 1: Toujours plus vite... Introduction: Comment déterminer la vitesse d une voiture?

C4: Réactions nucléaires, radioactivité et fission

Meine Flüssigkeit ist gefärbt*, comme disaient August Beer ( ) et Johann Heinrich Lambert ( )

Partie 1. Addition nucléophile suivie d élimination (A N + E) 1.1. Réactivité électrophile des acides carboxyliques et groupes dérivés

Suivi d une réaction lente par chromatographie

PHYSIQUE-CHIMIE DANS LA CUISINE Chapitre 3 : Chimie et lavage

Les unités de mesure en physique

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

SCIENCES PHYSIQUES. Durée : 3 heures. L usage d une calculatrice est interdit pour cette épreuve. CHIMIE

Une production économique! Echangeur d ions TKA

Niveau 2 nde THEME : L UNIVERS. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10 L UNIVERS

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

4. Conditionnement et conservation de l échantillon

Lycée Galilée Gennevilliers. chap. 6. JALLU Laurent. I. Introduction... 2 La source d énergie nucléaire... 2

Comment concevoir son lit biologique

PHYSIQUE CHIMIE. Notions de première indispensables. Table des matières. pour la Terminale S 1 LE PHOTON 2 LES SOLUTIONS COLORÉES

Compétence 3-1 S EXPRIMER A L ECRIT Fiche professeur

Chapitre 5 : Noyaux, masse et énergie

Cours d électricité. Introduction. Mathieu Bardoux. 1 re année. IUT Saint-Omer / Dunkerque Département Génie Thermique et Énergie

Exemples d utilisation de G2D à l oral de Centrale

4 ème PHYSIQUE-CHIMIE TRIMESTRE 1. Sylvie LAMY Agrégée de Mathématiques Diplômée de l École Polytechnique. PROGRAMME 2008 (v2.4)

La gravure. *lagravureparvoiehumide *lagravuresèche

259 VOLUMETRIE ET TITRATION DOSAGE DU NaOH DANS LE DESTOP

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE

Présentation du programme. de physique-chimie. de Terminale S. applicable en septembre 2012

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

AGREGATION DE BIOCHIMIE GENIE BIOLOGIQUE

CHIMIE ET ENVIRONNEMENT : LA «CHIMIE VERTE»

I- Définitions des signaux.

TS 31 ATTAQUE DE FOURMIS!

Chap 2 : Noyaux, masse, énergie.

CONCOURS COMMUN 2010 PHYSIQUE

L ÉLECTROCUTION Intensité Durée Perception des effets 0,5 à 1 ma. Seuil de perception suivant l'état de la peau 8 ma

Spectrophotométrie. Spectrophotomètre CCD2. Réf : Version 1.0. Français p 2. Version : 4105

Transcription:

lntroduction

Définitions Les principales caractéristiques relatives à la molécule d eau et à une solution aqueuse sont précisées dans cette fiche La molécule d eau La molécule d eau, 2, a une structure spatiale triangulaire ( AX 2 E 2, suivant la théorie VSEPR) ( 2δ) 52,25 (+ δ) μ (+ δ) Les liaisons sont polarisées L eau est donc un composé polaire qui possède un moment dipolaire électrique μ permanent important : μ =,85 D ( = 3,33 0 3 C m) Cette propriété explique la formation de liaisons hydrogène et le pouvoir ionisant de l eau L eau présente également une permittivité relative ou constante diélectrique, ε r, égale à 80, qui montre son pouvoir dissociant Il existe des ions dans l eau pure ; ils proviennent de la réaction d autoprolyse de l eau : 2 2 ( ) 3 + ( aq) + ( aq) 2 Formation d une solution aqueuse Une solution aqueuse est un milieu homogène (une seule phase) composé de deux ou de plusieurs constituants L un des constituants disperse les autres : on l appelle solvant, S ; il est en plus grande quantité Le (les) constituant(s) en plus faible quantité est (sont) le (les) soluté(s), s 2 Dissolution La dissolution consiste en la dispersion des molécules de soluté, s (substance dissoute), par le solvant, S (substance dissolvante) Au cours de cette transformation, il y a suppression des interactions entre certaines molécules du soluté et aussi certaines molécules du solvant En revanche, il se crée de nouvelles interactions entre les molécules de s et celles de S La dissolution est un phénomène plus ou moins limité (miscibilité presque totale de NaCl ou du sucre) 6 Introduction

Solvant Soluté Il s établit un équilibre dynamique entre les quantités dissoutes et non dissoutes : n note (aq) pour signifier que le solvant est l eau 22 Dissociation ionique AB ( s) AB ( aq) Le solvant, lorsqu il est polaire c est le cas de l eau peut dissocier les molécules dissoutes en ions ou en autres molécules, partiellement ou en totalité De plus, le solvant peut être dissocié, c est encore le cas de l eau Si la dissociation crée des ions positifs, appelés cations, et des ions négatifs, appelés anions, la solution devient conductrice de l électricité n appelle : électrolyte la substance dissociée en ions ; solution électrolytique la solution n distingue : les électrolytes forts qui se dissocient complètement ; la solution électrolytique contient des ions dus à la dissociation du soluté, des ions dus à la dissociation partielle du solvant (eau) et les molécules du solvant les électrolytes faibles qui se dissocient partiellement ; la solution électrolytique contient alors des molécules du soluté et du solvant ainsi que les ions du soluté et du solvant Électrolyte fort : Électrolyte faible : AB ( aq) ææ A ( aq) + B + ( aq) AB ( aq) A ( aq) + B + ( aq) Comme pour toute réaction de dissociation ionique, on définit le coefficient de dissociation α, appelé aussi coefficient d ionisation et en cinétique, taux de transformation y : nombre de moles de AB dissociées n d α = ---------------------------------------------------------------------------------------- = ----- ; n nombre de moles de AB initiales n d = α n i i Définitions 7

n d [ AB] d [ A ] éq [ B + ] éq À l équilibre : a = ------ = ---------------- = ---------------- = ----------------- n i [ AB] i [ AB] i [ AB] i + + + + + + + + + + Cristal ionique Solution aqueuse Dissociation d'un cristal ionique dans l'eau 23 Solvatation Les ions s entourent de molécules d eau et deviennent hydratés Plus la charge de l ion est grande, plus le nombre de molécules d eau fixées est grand La réaction de dissociation partielle peut alors s écrire : AB + ( m+ n) 2 ( A, m 2 ) + ( B +, n 2 ) liaisons hydrogène A Géométrie de l'ion (A, m 2 ) 8 Introduction

3 Composition d une solution aqueuse 3 Définitions 3 Définitions qualitatives n distingue : les solutions concentrées : la proportion de soluté est grande ; les solutions idéales : le soluté et le solvant obéissent à la loi de Raoult ; les solutions idéalement diluées : le soluté obéit à la loi d enry et le solvant à la loi de Raoult 32 Définitions quantitatives Les propriétés des solutions dépendent de la nature du solvant et du ou des solutés mais aussi des quantités relatives des différents composants, c est-àdire de la composition de la solution Cette caractéristique peut s exprimer de différentes manières Pour chaque constituant, on définit : La quantité de matière, grandeur proportionnelle au nombre d entités élémentaires contenues dans la substance considérée, identifiée par sa formule chimique Cette quantité est symbolisée par n et s exprime en moles (mol) La fraction molaire X i d un constituant i ; c est le rapport : X i = nombre de moles du constituant i ------------------------------------------------------------------------------------- nombre total de moles Soit n moles de A (solvant) et n 2 moles de B (soluté) ; n total = n + n 2, n n 2 X = ------------------ et X n + n 2 = ------------------ 2 n + n 2 Pour les solutions idéalement diluées : n 2 0 ; donc : n 2 m 2 /M 2 X = et X 2 = ----- = ------------------, n m /M avec : m, la masse de A ; m 2, la masse de B ; M, la masse molaire de A ; M 2, la masse molaire de B Le pourcentage d un constituant, appelé aussi composition centésimale % en masse : masse de soluté ou de solvant pour 00 g de solution ; % en volume : volume de soluté ou de solvant pour 00 ml de solution ; % en mole : nombre de moles de soluté ou de solvant pour 00 moles Définitions 9

La concentration La concentration est une grandeur qui évalue la quantité d un soluté A, par rapport à une quantité de solution ou de solvant n distingue : La molarité ou concentration molaire C ( mol L ), nombre de moles n de soluté par rapport à un volume de solution exprimé en litres (L) : C n = --- ; n = C V( L) = C V( ml) 0 V 3 La concentration massique ou titre pondéral t ( g L ), masse de soluté (g) dans un volume V( L) de solution : t = m ( g) ------------- V( L) La normalité N, nombre d équivalents par litre de solution ; elle s exprime suivant la réaction étudiée La molalité b ( mol kg ), nombre de moles de soluté dans kg de solvant ; elle est peu différente de la molarité pour les solutions diluées aqueuses L activité a d un constituant, grandeur sans dimension ; elle est liée à toute variable d état Y caractérisant la composition du système par l expression : a = g ---------- Y Y réf γ est le coefficient d activité dû aux interactions entre les molécules ; dans le cas de solutions diluées : γ = Y peut être la concentration C, le titre molaire t ou la molalité b du soluté C Pour le soluté : a s = --------- ; donc avec C, on a : C réf = mol L a s = C réf Pour le solvant (l eau pure) : a S = a 2 = 32 Variations de la composition n peut modifier la composition d une solution par : Dilution : l addition d un volume de solvant ou de réactif est une dilution Soit une solution de volume initial V i et de concentration initiale C i ; si on note V f, le volume final et C f, la concentration finale après dilution, alors : n i = C i V i = C f V f 0 Introduction

d où : C i ----- C f f est appelé le facteur de dilution V f = ---- = f V i Élimination du solvant : lors de l évaporation du solvant, le volume de la solution diminue mais le nombre de moles de soluté ne varie pas 4 Propriété électrique Au cours des réactions ioniques en solution aqueuse, la conductivité électrique est la manifestation de l ionisation de la solution Elle quantifie la capacité d une substance à conduire le courant électrique qui la traverse Elle s exprime en siemens par mètre ( S m ) ou, puisque c est l inverse de la résistivité, en Ω m La conductivité de l eau est très faible ( 0 5 S m ) La cellule de mesure est analogue à un ohmètre La conductivité d une solution ionique est égale à la somme des conductivités des différents ions la constituant Cette propriété est utilisée dans une technique de dosage Elle intervient aussi dans le fonctionnement des cellules électrochimiques Définitions

2 Caractéristiques des réactions ioniques Les principales réactions ioniques Les réactions ioniques en solution aqueuse se déroulent à la pression atmosphérique ( bar), le plus souvent à la température ambiante (25 C) Il se produit des interactions entre ions ou molécules mettant en jeu des transferts de protons, d électrons et même d ions Ces transformations atteignent plus ou moins rapidement l état d équilibre Toute réaction ionique entre les espèces A, B, L et M en solution aqueuse est représentée par l équation-bilan : a A( aq) + b B( aq) l L( aq) + m M( aq) a, b, l, m sont les coefficients stœchiométriques À différents instants t, on a : les nombres de moles (mol) : n A () t, n B () t, n L () t et n M () t ; les concentrations molaires ( mol L ) : C A () t, C B () t, C L () t et C M () t Les principales réactions ioniques sont : les réactions acido-basiques : la particule échangée est le proton, +, selon la théorie de Brønsted Une des applications importantes est la solution tampon les réactions d oxydoréduction : la particule échangée est l électron, e Ce transfert électronique est à l origine des cellules électrochimiques (piles, accumulateurs et cellules électrolytiques) Ces réactions peuvent être associées à : des réactions de précipitation : un seul réactif crée des espèces chargées ; des réactions de complexation, qui ne sont pas développées ici, bien qu elles présentent des analogies avec les autres Toutes ces réactions peuvent entrer en compétition Les molécules d eau agissent en tant que solvant ; elles ont un rôle dissociant et solvatant De plus, elles réagissent en tant qu espèce chimique Les réactions acido-basiques se produisent spontanément et atteignent quasi instantanément l état d équilibre Les réactions d oxydoréduction peuvent être spontanées ou provoquées, et évoluent plus ou moins rapidement vers l état d équilibre 2 Introduction

2 Évolution temporelle de la composition du système La variation de la composition du système chimique est caractérisée, à différents instants t, par les deux grandeurs définies ci-après n considère la réaction : a A( aq) + b B( aq) l L( aq) + m M( aq) 2 Avancement ξ( t ) de la réaction n appelle avancement de la réaction à l instant t la grandeur, notée ξ, définie par : n A,i n A,t n B,i n B,t n L,t n L,i n M,t n M,i x () t = ----------------------------- = ----------------------------- = ---------------------------- = ------------------------------- a b l m où, pour une espèce X, n X, i désigne le nombre de moles à l instant initial et n X, t le nombre de moles à l instant t ξ est une grandeur indépendante du réactif ou du produit considéré et s exprime en moles n note ξ max l avancement de la réaction lorsque tout le réactif limitant est consommé et ξéq l avancement de la réaction lorsqu on a atteint l équilibre Au point de vue pratique, on peut introduire, pour chaque réactif, le taux de conversion : n A,i n A,t ax( t ) t A = ----------------------------- = -------------- n A,i n A,i τ A est une grandeur sans dimension Dans le cas où il y a un seul réactif, τ A est le coefficient de dissociation α 2 22 Quotient de réaction Q r n appelle quotient de réaction associé à la réaction ci-dessus, la grandeur, notée Q r, définie par : Q r () t = l m [ L] t [ M] t -------------------------------- a b [ A] t [ B] t ; à l instant initial : l m [ L] i [ M] i Q r,i = -------------------------------- a b [ A] i [ B] i Le quotient de réaction dépend de l écriture de l équation-bilan ; il augmente au cours de la transformation chimique Lorsque le système atteint l équilibre : Q r,éq = K ( constante de l équilibre) Remarque : Pour ces relations, nous ne considérons que les solutions diluées, pour lesquelles activité et concentration molaire sont confondues 2 Caractéristiques des réactions ioniques 3