Diverses petites questions de théorie

[invite3569f92f]

Bonsoir,

Je viens de finir la synthèse de mon cours de chimie, et j'ai recenser sur une feuilles les quelques petites questions qui me venaient à l'esprit. Pour que vous situiez, je suis en première année à l'université, orientation, bioingénieur!
Donc voila c'est des petites questions "détail" sans grand rapport entre elles mais bon elles m'intéressent.

1) Les alcalins sont conducteurs parce que, chaque atome n'apportant qu'un électron sur l'ensemble des orbitales partagées formant la bande, celle-ci n'est qu'à moitié remplie (sa moitié inférieure, liante donc). C'est donc cette même bande qui sert de bande de conduction.
Du coup, faut-il la nommer bande de conduction, la nommer bande de valence, les deux appellations sont justes, ou la diviser en deux bandes distinctes (valence=remplie et conduction=vide)?

2) Les solides métalliques ont des bandes de conduction et de valence proches, d'où leur caractère conducteur. Est-ce le cas de TOUT les métaux? Même chose pour les métalloïdes, sont-ils tous des semi-conducteurs? Et enfin à partir de quand distincte-t-on un isolant d'un conducteur (électrique)?

3) Pourquoi le nombre d'oxygène du supraconducteur 123 (YBa2Cu3O(7-µ)) s'écrit comme ça? C'est parce que les atomes d'oxygènes bougeant sur cette illustration : http://www.google.be/imgres?q=YBa2Cu...1t:429,r:0,s:0 peuvent être absent du composé (on a donc O6 ou O7)?

4) Est-ce qu'une solution dont la préparation est exothermique (= "les atomes ou molécules s'aiment bien") aura d'office une déviation négative de la loi de Raoult (et donc un azéotrope maximum, correspondant à la composition où "les atomes s'aiment le plus" et sont donc dur à séparer).
Le mélange eau+éthanol est-il associé à un azéotrope à maximum ou à minimum?
Pour voir si j'ai bien compris :
- Si c'est un azéotrope à maximum, en distillant un mélange 50/50 eau-éthanol on va faire évaporer de l'eau pure jusqu'à ce qu'il ne reste plus qu'une solution azéotropique de 96% d'alcool (et donc l'eau s'évapore avant l'alcool? C'est bizarre je trouve).
- Si c'est un azéotrope à minimum, en distillant un mélange 50/50 eau-éthanol on va faire évaporer du gaz azéotrope composé à 96% d'alcool, jusqu'à ce qu'il ne reste que de l'eau pure liquide. (Ici l'alcool, plus volatil, s'évapore en grande quantité par rapport à l'eau ce qui semble plus logique, j'en déduis donc que la solution eau-alcool a un azéotrope minimum).
- Je pense que le premier cas, où un liquide volatil (éthanol) s'évapore APRES un liquide moins volatile (l'eau) n'arrive jamais car la température d'ébullition de premier est inférieure à celle du 2ème, c'est exact?

5) Comment est-il possible d'obtenir un alliage différent de sa composition eutectique? J'ai l'impression que ce n'est pas possible et pourtant je vois que la composition du bronze, laiton,... est très variable.

6) En quoi la tension superficielle de l'eau est-elle responsable de "l'adhérence" entre deux substances (je pense aux alvéoles pulmonaires sécrétant un tensio-actif pour pouvoir se dilater d'avantage, ou aux cheveux, papiers de magazines, qui collent à la peau lorsqu'elle est mouillée)?
Et enfin, pourquoi est ce qu'introduire un surfactant dans de l'eau permet d'obtenir de la mousse ou/et des bulles? C'est aussi lié à la tension superficielle mais je ne vois pas trop comment.

Voila, merci d'avoir lu!
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[moco]

Oh la, la ! Tu nous soule avec tes questions !
Pour la question des alcalins, tu peux appeler comme tu veux la bande valence qui est aussi de conduction. De toute façon personne ne s'y intéresse jamais, si ce n'est les prof de chimie théorique. On n'utilisera jamais des morceaux de métaux alcalins pour faire autre chose que de la théorie.
Les non-métaux ne sont pas des semi-conducteurs. Les métalloïdes le sont. Le problème, c'est qu'on ne les utilise jamais à l'état pur. Et qu'en présence de traces d'impuretés, les bandes de valence et de conduction se déplacent beaucoup.
La perovskite YBa2Cu3O(7-u) est faite en réalité d'une superposition d'oxyde qu'on peut décomposer ainsi en doublant d'abord la formule
2 YBa2Cu3O(7-u) = Y2Ba4Cu6O(14-2u) = Y2O3 + 4 BaO + Cu6O(7-2u).
Si on supposait que tous les 6 atomes de cuivre étaient au degré d'oxydation +2, pour former 6 CuO, on aurait un déséquilibre en atomes O, avec un excès de 7 - 2u = 6, et u = 1/2. Et la formule serait : YBa2Cu3O6. Mais il y a des cas où le nombre d'atomes O est > 6. Il faut donc admettre que certains des atomes de cuivre sont au degré d'oxydation incroyable de +3, avec un oxyde Cu2O3.
Pour arriver à la formule YBa2Cu3O7, il faudrait décomposer la formule doublée selon :
2 YBa2Cu3O7 = Y2Ba4Cu6O14 = Y2O3 + 4 BaO + Cu2O3 + 4 CuO
On voit ici qu'un atome sur 3 de cuivre est au degré d'oxydation +3.
Mais la perovskite a parfois une structure intermédiaire entre YBa2Cu3O6 et YBa2Cu3O7. Donc il y a en moyenne moins d'un atome de cuivre sur 3 qui soit hyperoxydé.

Quand tu distilles un mélange moitié eau - moitié éthanol, tu obtiens d'abord une vapeur contenant 70% éthanol et 30% eau. Puis peu à peu, le mélange liquide s'appauvrit en alcool, et la vapeur qui se dégage contient aussi de moins en moins d'alcool.
Quand tu refroidis un alliage non eutectique (laiton, bronze ou autres), il se forme d'abord une phase définie, différente de l'eutectique. Puis la température baisse, et quand on atteint la température de l'eutectique, il se dépose une nouvelle phase qui est le mélange intime de l'eutectique.
La tension superficielle n'est pas le phénomène le plus important qui est responsable de l'adhérence entre le papier mouillé et la peau, mais les ponts hydrogène entre l'eau la surface de papier (ou de peau). Le papier gras n'adhère pas vraiment à la peau.

[invite3569f92f]

Oh la, la ! Tu nous soule avec tes questions !

Je sais je sais! Merci d'avoir quand même pris le temps de répondre.

Je ne comprend pas encore bien les solutions azéotropes et eutectiques par contre.

- Si en distillant un mélange eau-éthanol on fait évaporer un gaz composé de 70% d'alcool, comment on fait pour obtenir du 96% ? (Wikipedia "L'eau en faible proportion forme un azéotrope avec l'éthanol et au-delà de 96 % de pureté en EtOH, il devient très difficile de les séparer. Les proportions du mélange varient en fonction de la température et de la pression23.")

Quand tu refroidis un alliage non eutectique (laiton, bronze ou autres), il se forme d'abord une phase définie, différente de l'eutectique.

La phase dont tu parles et bien liquide? Sinon je suis perdu. Je croyais qu'en premier c'était un des deux composant seul (pur) qui se solidifiait jusqu'à obtention de l'eutectique.

Par exemple : On mélange 90% de A avec 10% de B à 100°C, La température de fusion de A = 90°C et celle de B = 70°C. La composition eutectique est atteinte quand on a 75% de A et 25% de B.
Que va-t-il se passer lorsqu'on va refroidir le tout?

[moco]

Revenons au mélange eau-alcool.
Quand tu distilles un mélange eau-alcool semblable au vin, que je vais supposer à 12% alcool, la vapeur qui s'échappe contient 50% alcool au début. On peut la condenser. Imagine qu'on distille 1 litre de vin (880 g eau, 120 g alcool). Quand on a évaporé 10 g de vapeur (5 g alcool et 5 g eau), il reste dans le ballon chauffé 875 g eau et 115 g alcool. Total : 990 g. Il n'y a plus que 11.6% alcool. Le liquide s'est appauvri en alcool. On continue à chauffer. La vapeur qui s'échappe contient alors 49.8% d'alcool. Quand on a évaporé 10 autres grammes de vapeur (4.98 g alcool et 5.02 g eau), il reste dans le liquide 875 - 5.02 = 869.98 g eau et 115 - 4.98 = 110.02 g alcool. Total : 980 g. Teneur en alcool : 11,2 % alcool.
Plus l'ébullition se poursuit plus, le liquide s'appauvrit en alcool.
La vapeur condensée fournit une liqueur, dite eau-de-vie, dont les 10 premiers millilitres contiennent 50% alcool, et les 10 suivants 49.8 % alcool. Quand tu auras distillé les 10% de ton vin, tu obtiendras 100 mL d'une liqueur qui contiendra en moyenne environ 48% d'alcool.

Ceci dit, si tu reprends le liquide issu de la première distillation, qui a 48% alcool, et que tu en as assez pour envisager une autre opération, tu peux le distiller encore. La vapeur qui s'en échappe aura au début 70% alcool. Tu peux la condenser. Puis si tu en récoltes assez, tu peux redistiller ce liquide, qui a 70% alcool. Tu obtiendras une vapeur qui a 80% alcool, que tu peux condenser, et redistiller. Très laborieusement, au terme de trsè nombreuses distillations successives tu approcheras peu à peu du maximum de 96%. mais ce chiffre ne peut pas être dépassé, à pression ambiante.
Si tu exécutes des innombrables distillations à pression plus élevée, cela demande un appareillage très particulier, mais ce maximum de 96% se déplace, et peut atteindre 100%.

Ceci dit, si on veut obtenir de l'alcool à 96% on a avantage à procéder autrement. On peut rajouter de la chaux CaO qui réagit chimiquement avec l'eau et pas avec l'alcool. On peut aussi ajouter un alcane, qui facilite l'évaporation de l'alcool et pas celui de l'eau, et qui ne se mélange pas à l'alcool.

[A voir en vidéo sur Futura]