Couleur et quantité de matière
Couleur d'une solution
La couleur d'une solution correspond aux radiations non absorbées par la solution. Elle est complémentaire de la couleur absorbée.
Loi de Beer-Lambert
L'absorbance Aλ est une grandeur positive sans unité. Elle est liée à l'intensité lde la lumière de longueur d'onde λ absorbée par une espèce en solution.
L'absorbance Aλ suit la loi de Beer- Lambert selon la formule :
Aλ = ε x l x c
avec A (absorbance), ε (coefficient d'absorption molaire, L/mol/cm), l (épaisseur de la solution traversée cm) et c (concentration molaire mol/L)
La loi de Beer-Lambert est additive, lorsque plusieurs espèces colorées sont présentes, l'absorbance de la solution et la somme des absorbances dues aux différentes espèces, exemple :
Lorsque l'on veut calculer la somme de absorbances A1 et A2.
ATTENTION - Il ne faut PAS utiliser cette formule : A1 + A2 = ε x l x (c1 + c2)
Pour calculer la somme de deux absorbance on commence par calculer A1, puis A2 et on additione les résultats :
A1 = ε x l x c1 = x et A2 = ε x l x c2 = y
A1 + A2 = x + y
Dosage spectrométrique
Doser une espèce chimique dans une solution revient à déterminer sa concentration molaire c. Le dosage par étalonnage consiste à comparer une propriété physique d'un échantilon à la même propriété physique par une gamme d'étalon (Voir TP de Beer-Lambert ici)
Transformations chimiques
Le système chimique est constitué par l'ensemble des espèces chimiques auxquelles on s'intéresse
L'état d'un système est caractérisé par :
- Les grandeurs physique (pression du gaz P et température T)
- L'état physique (aqueux, solide, gazeux)
- Quantité de matières n des espèces présentes
Exemple ➝ Le dihydrogène peut réagir de façon explosive avec le dioxygène pour donner de l'eau. Le système chimique est ici constitué du dihydrogène et du dioxygène (H2 + O2). On représente l'état d'un système sous la forme suivante :
Le réactif limitant, est le réactif qui à totalement été consommé par la réaction. Il n'en reste plus à la fin de la réaction. Ici c'est le dihydrogène H2
Réaction chimique
La réaction chimique modélise la transformation chimique subie par le système.
L'équation d'une réaction est son écriture symbolique (en symboles)
- une flèche qui indique le sens de la transformation
- à gauche de la flèche les symboles des réactifs, séparés par des +
- à droite de la flèche les symboles des produits, séparés par des +des
- des nombres stoechiométriques devant chaque symboles
4 H2 + 2 O2 ➝ 2 H2O
Les nombres stoechiométriques indiquent dans quelle proportion les quantités de matières réagissent.
Avancement et bilan de matière
L'avancement de matière, noté x est un nombre qui permet de suivre l'évolution d'une transformation chimique et donc de caractériser le système à un moment donné.
L'avancement xmax s'obtient en écrivant que les quantités de matières n sont toujours positives ou nulles.
La réaction s'arrête lorsque l'un des réactifs à été totalement consommé. Ce réactif est appelé réactif limitant.
nf (réactif) = 0
Si tous les réactifs sont totalement consommés, ont dit qu'ils sont introduits dans les proportions stoechiométriques.
Le bilan d'une equation est souvent représenté sous la forme d'un tableau d'avancement
Tableau d'avancement
Avec l'exemple de tout à l'heure :
2H2 + O2 ➝ H2O
On construit le tableau d'avancement suivant :
On rentre notre équation bilan dans la première ligne
On calcule la quantité de matière ni
On complète la ligne Etat initial avec les valeurs calculées.
X correspond au nombre stoechiométrique devant chaque espèce chimique (exemple 2H2, 2 est le nombre stoechiométrique d'ou x = 2)
La ligne Etat en cours correspond à nt = ni - x pour les réactifs et nt = ni + x pour les produits
On complète la ligne Etat en cours
On remplace tous les x par des xmax
D'où l'équation 2H2 + O2 ➝ H2O s'exprime avec le tableau d'avancement suivant :
Pour trouver la valeur Xmax, on se sert de la ligne En cours du tableau d'avancement. On sait que :
L'avancement xmax s'obtient en écrivant que les quantités de matières n sont toujours positives ou nulles.
D'où nt > 0
Dans l'exemple précédent, on en déduit :
- nt (H2) > 0
- nt (O2) > 0
(AN)
- 0.2 - 2x > 0 d'où x < 0.1
- 0.2 - x > 0 d'où x < 0.2
Xmax correspond à la plus petite valeur de x, ici xmax = 0.1