questions récurentes en chimie

**benjy_star** · 05/11/2006, 21h37

Bonsoir.

J'ouvre ici un fil dont le but est de recenser les questions qui reviennent souvent en chimie. Il ne s'agit pas d'une FAQ, mais juste des "trucs" qui reviennent habituellement.

Vous êtes libres de participer, de la même façon que je suis libre de modifier ou supprimer tout message qui ne va pas dans le sens escompté.

Liste des questions récurrentes :

**benjy_star** · 05/11/2006, 21h55

Pour la réaction : aA + bB ==> cC + dD

$\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|} \hline Avancement & aA & bB & cC & dD \\ \hline t = 0 & A_0 & B_0 & C_0 & D_0 \\ \hline x_{quelconque} & A_0 -ax & B_0 - bx & C_0 + cx & D_0+dx \\ \hline x_{max} & A_0 - ax_{max} & B_0 - bx_{max} & C_0 + cx_{max} & D_0 + dx_{max} \\ \hline \end{tabular}$

**benjy_star** · 05/11/2006, 22h00

Pour la réaction : aA + bB ==> cC + dD

$\frac{n_{A_{disparu}}}{a } = \frac{n_{B_{disparu}}}{b} = \frac{n_{C_{apparu}}}{c} = \frac{n_{D_{apparu}}}{d}$

On précise toutefois que que les substances ne sont pas réellement apparues ni ont disparu elles se sont transformées, comme dirait Lavoisier.

laugen · 09/11/2006, 16h27

Comment calculer la concentration molaire d'une solution à X % et de densité d ?
Par exemple une solution commerciale d'HCl à 37 %. dont on connait la densité.

Raisonnons sur 1L. La densité nous permet d'avoir la masse volumique. On peut donc écrire :

Densité = masse volumique $\rho$ en kg/L

On accède donc à la masse de notre litre de solution : $m_{solution} = \rho.V$

Mais seul 37% de cette masse correspond à la masse de HCl. On a donc :

$m_{HCl} = 37%.\rho .V$

Ce qui correspond à une quantité de matière :

$n_{HCl} = \frac{37%.\rho .V}{M}$

En divisant par le volume, on obtient la concentration :

$c_{HCl} = \frac{37%.\rho }{M}$

Duke Alchemist · 11/12/2006, 15h00

Comment équilibrer une équation d'oxydoréduction ?

* Déterminer les couples redox mis en jeu.
Notons ces couples
Ox₁/Red₁ et Ox₂/Red₂

* Ecrire les demi-équations associées à chaque couple.
(Il est bon de rappeler que les demi-équations redox n'ont aucune réalité physique mais qu'elles nous aident bien à comprendre ce qu'il se passe)

- D'abord, des exemples :
Ex.1 : couple Cu²⁺/Cu :
Cu²⁺ + 2e^- = Cu
Cu²⁺ + 2e^- = Cu (conservation de la charge électrique)

Ex.2 : couple MnO₄^-/Mn²⁺ :
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (ATTENTION ! ici l'équation est déjà équilibrée en Mn)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de l'élément oxygène O)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de l'élément H en introduisant des H⁺)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de la charge électrique avec les électrons e^-)
Ce deuxième exemple montre que l'oxydoréduction peut être associée au pH...
(voir en application les diagrammes de Pourbaix E-pH)

* Etablissement de l'équation-bilan :
On supposera que Ox₁ est réduit en Red₁ et que Red₂ est oxydé en Ox₂.

Pour obtenir l'équation-bilan de la réaction d'oxydoréduction, il suffit de faire "disparaître" les électrons qui sont transférés au cours de la réaction.
Pour cela, on multiplie la première équation par n₂ et la deuxième par n₁.
On ajoute membre à membre les deux demi-équations (on a bien de part et d'autre n₁*n₂ e^- qui se "simplifient")

- Cas simple (sans les H⁺) :

a₁Ox₁ + n₁e^- = b₁Red₁

b₂Red₂ = a₂Ox₂ + n₂e^-

L'équation-bilan s'écrit alors :

n₂*a₁Ox₁ + n₁*b₂Red₂ -> n₂*b₁Red₁ + n₁*a₂Ox₂

Les coefficients a_i et b_i sont ici des entiers naturels.
On notera bien que n₂ multiplie tous les termes de la première équation et n₁ tous les termes de la deuxième !

- Cas où les H⁺ interviennent :
Un peu plus lourd à écrire... et certainement pas à connaître par coeur

Un bon exemple pour terminer :

La réduction de l'ion dichromate en chrome III par le Fe II.
* Les couples mis en jeu sont :

Cr₂O₇^2-/Cr³⁺
et
Fe³⁺/Fe²⁺

* Ecriture des demi-équations :

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O
Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O
Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O
Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O
(réduction du dichromate)

Fe²⁺ = Fe³⁺ + e^-
(oxydation du fer II)

On multiplie par 6 la deuxième demi-équation (et par 1 la première) et on a :

Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14 H⁺ -> 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

N.B. : Le principe des équilibres des demi-équations est toujours le même ; il faut connaître les différentes étapes et savoir les justifier rigoureusement (conservations des différents éléments et de la charge électrique notamment)

**benjy_star** · 01/03/2007, 16h01

Comment passer des g/L aux mol/L ?

Pour ce faire, un simple raisonnement sur les unités suffit. Résumons :

Unités :

concentration massique, c_m : g/L
concentration molaire, c_n : mol/L
masse molaire, M : g/mol

On remarque que si on divise une concentration massique par une masse molaire :

$\frac{c_m}{M} = \frac{g}{L}.\frac{mol}{g} = \frac{mol}{L}$

D'où la relation : $c_n = \frac{c_m}{M}$

Duke Alchemist · 26/03/2007, 15h37

Structure électronique, cases quantiques et classification périodique : le b.a.-ba

Les cases quantiques et la structure électronique :
Les orbitales s sont représentées par 1 case quantique
Les orbitales p sont représentées par 3 cases quantiques
Les orbitales d sont représentées par 5 cases quantiques
Les orbitales f sont représentées par 7 cases quantiques
Chaque case contenant au maximum 2 électrons de spins opposés (Règle de Hund).
Un électron est représenté par une flèche.
Par conséquent, il y aura maximum 2 flèches de sens opposé dans une même case.

L'odre des sous-couches est le suivant :
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
(règle de Klechkowski... qui se retient avec un petit tableau à double entrée tout bête )
/
Structures électroniques des premiers éléments :
H : 1 e^- sur la couche 1
répartition électronique : 1s¹
1 flèche vers le haut (ou le bas) dans la case 1s

He : 2 e^- sur la couche 1
répartition électronique : 1s²
1 flèche en plus par rapport à H dans l'autre sens dans la case 1s
=> La case 1s est saturée.

Li : 2 e^- sur la couche 1 et 1 sur la couche 2
répartition électronique : 1s²2s¹
on rajoute 1 flèche vers le haut (ou vers le bas) dans 2s (par rapport à He d'où l'écriture [He]2s¹ pour la structure de Li)

Be : 2 e^- sur la couche 1 et 2 sur la couche 2
répartition électronique : 1s²2s²
on rajoute une flèche dans l'autre sens dans la case 2s par rapport à Li
=> La case 2s est saturée.

B : 2 e^- sur la couche 1 et 3 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 1 dans 2p.
répartition électronique : 1s²2s²2p¹
une flèche en plus dans une des cases de 2p

C : 2 e^- sur la couche 1 et 4 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 2 dans 2p.
répartition électronique : 1s²2s²2p²
Attention ! La flèche à rajouter par rapport à B est dans le même sens et dans une autre case de 2p !

N : 2 e^- sur la couche 1 et 5 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 3 dans 2p.
répartition électronique : 1s²2s²2p³
Attention ! La flèche à rajouter par rapport à B (et C) est dans le même sens et dans la dernière case libre de 2p !
=> La couche 2p est à moitié remplie (important car énergétiquement stable)

O : 2 e^- sur la couche 1 et 5 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 4 dans 2p.
répartition électronique : 1s²2s²2p⁴
Attention ! La flèche à rajouter par rapport à N est dans le sens opposé dans une case de 2p (déjà occupée par 1 e-)

On termine avec
F : 1s²2s²2p⁵
et
Ne : 1s²2s²2p⁶
=> La couche 2p est saturée.

Le raisonnement est le même pour la suite... et comme partout, il y a bien sûr des exceptions.
/
La structure électronique et les blocs de la classification périodique des éléments.
* Les 2 premières colonnes correspondent au remplissage de la sous-couche s (ns¹ et ns²). => bloc s

* Les 6 dernières colonnes correspondent au remplissage de la sous-couche p (ns²p¹ jusqu'à ns²p⁶). => bloc p

* Les éléments de transition (10 colonnes) correspondent au remplissage de la sous-couche d (ns²p⁶d¹ jusqu'à ns²p⁶d¹⁰).
=> bloc d

* Les Lanthanides et Actinides (2 lignes de 14 colonnes) correspondent au remplissage de la sous-couche f (ns²p⁶d¹⁰f¹ jusqu'à ns²p⁶d¹⁰f¹⁴).
=> bloc f

Cependant il y a des exceptions (toujours elles) :
- La première déjà est l'hélium (He) : en 1s², il devrait se situé dans la deuxième colonne du tableau mais la couche s étant remplie (ou saturée) il apparaît dans la dernière colonne et fait partie des gaz rares - qui sont chimiquement stables et ne réagissent que très peu à cause de leur couche périphérique remplie (le Xénon est un peu à part mais cela est déjà traité dans un autre post).
- Ensuite dans les éléments de transition, il y a quelques exceptions, notamment le cuivre qui, pour se stabiliser, n'a pas la configuration attendue (cela a déjà été abordé aussi dans un autre post), il y en a d'autres encore...
- dans le bloc f, là il y a pas mal de "bousculades" côté structure électronique... Je vous laisse chercher les configurations si ça vous intéresse mais ce bloc est peu traité (à cause, sans doute, du nombre important de ces exceptions !?!)
/
Complément :
Vous pouvez aller voir aussi ce magnifique site (en anglais).
Choisissez un élément (au hasard ou pas).
Descendez un peu sur la gauche
> Electronic properties > Electronic configuration et vous pourrez découvrir le remplissage des cases quantiques suivant le nombre d'électrons

PS : Ce post est un medley de deux de mes réponses antérieures...

Duke Alchemist · 29/03/2007, 22h58

Comment calculer les quantités de matière ?

Il est souvent demandé (ou recommandé) de savoir déterminer les quantités de matière pour dresser un tableau d'avancement ou tout simplement parce que la question est : " Calculer la quantité de matière contenue dans ... ?"

Voici les cas les plus fréquents :

cas d'une solution (aqueuse) :
Connaissant la concentration $C$ et le volume de la solution $V$ , on utilise la relation

$n = C V$

/avec $n$ en $mol$ , $C$ en $mol.L^{-1}$ et $V$ en $L$
/
cas où on connaît la masse molaire :
Connaissant la masse molaire $M$ et la masse $m$ , on utilise la relation

$n = \frac{m}{M}$

/avec $n$ en $mol$ , $M$ en $g.mol^{-1}$ et $m$ en $g$
/
cas d'un gaz dont on donne le volume molaire :
Connaissant le volume molaire $V_m$ et le volume du gaz $V$ , on utilise la relation

$n = \frac{V}{V_m}$

/avec $n$ en $mol$ , $V_m$ en $L.mol^{-1}$ et $V$ en $L$
/
cas d'un gaz parfait :
Connaissant la pression $p$ , la température $T$ et le volume $V$ , on utilise la loi des gaz parfaits :

$n = \frac{pV}{RT}$

/avec $p$ en $Pa$ , $V$ en $m^3$ (ATTENTION !!), $T$ en $K$ et $R=8,31SI$

/
Complément :
De ces deux dernières relations, on déduit l'expression du volume molaire d'un gaz parfait en fonction de la pression et de la température. En effet, on a :

$V_m = \frac{RT}{p}$

Une petite application numérique (pour s'en convaincre) :
à une température T=293,15K (= 20°C) et sous une pression p = 101325Pa (= 1atm) et R=8,31SI, on trouve V_m = 0,024m³.mol^-1 soit V_m = 24L.mol^-1

Le même calcul à T=273,15K conduit à V_m = 22,4L.mol^-1
(si ça ne vous dit rien, on ne peut plus grand chose pour vous

)