Formulaire : rappels de chimie

I. Masse volumique

Définition :
La masse volumique d'un corps de masse $\text{m}$ et de volume $\text{V}$ est :

$\boxed{\mu = \dfrac{\text{m}}{\text{V}}}$

Unités : $\text{m}$ est en $\text{kg}$ ; $\text{V}$ est en $m^3$ ; $\mu$ est en $kg.m^{-3}$ .

II. Densité

Définition :
La densité $d$ d'un corps est le rapport entre la masse volumique $\rho$ de ce corps et la masse volumique $\rho_o$ du corps de comparaison pris dans les mêmes conditions :

$\boxed{d = \dfrac{\rho}{\rho_o}}$

Le corps de comparaison est :

$\bullet\quad$L'eau pour les solides et les liquides ;

$\bullet\quad$L'air pour les gaz.

Unités : $\rho$ est en $kg.m^{-3}$ ; $\rho_o$ est en $kg.m^{-3}$ ; $d$ est sans unité.

III. Loi des gaz parfaits

Énoncé :
Si la température et la pression ne sont pas trop élevées, un gaz peut être considéré comme parfait. Sa quantité de matière $n$, sa pression $P$, sa température $T$ et son volume $V$ sont liés par la relation :

$\boxed{P \times V = n \times R \times T}$

si $R$ est la constante des gaz parfaits.

Unités : $P$ est en $Pa$ ; $V$ est en $m^3$ ; $T$ est en $K$ (kelvin) ; alors $R = 8,314$ ($S.I$).

Remarque : dans les mêmes conditions, le volume molaire $V_m$ est le même pour tous les gaz.

Exemples :

$\bullet\quad$Dans les conditions normales ($P_0 = 1~ \text{atm}$ ; $T_0 = 0^oC$ d'où $P_0 = 101~300~Pa$, $T_0 = 273~K$), $V_{m_o} = 22,4~\text{L/mol}$ .

$\bullet\quad$Dans les conditions habituelles ($P = 1~\text{atm}$, $T = 20^oC$), $V_m = 24,0~\text{L/mol}$ .

IV. Concentration en quantité de matière d'une solution

Définition :
Si on dissout $n_{(\text{soluté})}$ mol de soluté dans l'eau pour faire un volume $V$ de solution, alors la concentration en quantité de matière (ou molaire) de la solution est :

$\boxed{\text{C} = \dfrac{\text{n}_{\text{(soluté)}}}{\text{V}}}$

Unités :

$\bullet\quad$Usuelles : $n_{(\text{soluté})}$ est en $\text{mol}$ ; $V$ est en $L$ ; $C$ est en $\text{mol/L}$ ;

$\bullet\quad$S.I : $n_{(\text{soluté})}$ est en $\text{mol}$ ; $V$ est en $m^3$ ; $C$ est en $mol.m^{-3}$ .

V. Concentration en quantité de matière d'une espèce $X$ présente en solution

Définition :
Si le volume $\text{V}$ d'une solution contient $\text{n(X)}$ mol de l'espèce $\text{X}$, alors la concentration en quantité de matière (ou molaire) de $\text{X}$ dans cette solution est :

$\boxed{\text{[X]} = \dfrac{\text{n(X)}}{\text{V}}}$

Unités :

$\bullet\quad$Usuelles : $n(X)$ est en $\text{mol}$ ; $\text{V}$ est en $\text{L}$ ; $[X]$ est en $\text{mol/L}$ ;

$\bullet\quad$S.I : $n(X)$ est en $\text{mol}$ ; $\text{V}$ est en $m^3$ ; $[X]$ est en $mol.m^{-3}$ .

VI. Concentration en masse d'une espèce $X$ présente en solution

Définition :
Si le volume $\text{V}$ d'une solution contient la masse $\text{m(X)}$ de l'espèce $\text{X}$, alors la concentration en masse (ou titre massique) de $\text{X}$ dans cette solution est :

$\boxed{\text{t(X)} = \dfrac{\text{m(X)}}{\text{V}}}$

Unités :

$\bullet\quad$Usuelles : $\text{m(X)}$ est en $\text{g}$ ; $\text{V}$ est en $\text{L}$ ; $\text{t(X)}$ est en $\text{g/L}$ .

$\bullet\quad$S.I : $\text{m(X)}$ est en $\text{kg}$ ; $\text{V}$ est en $m^3$ ; $\text{t(X)}$ est en $kg.m^3$ .

Remarque :

$\text{t(X)} = \dfrac{\text{m(X)}}{\text{V}}$,

mais par définition $\text{m(X)} = \text{n(X)} \times \text{M(X)}$

donc $\text{t(X)} = \dfrac{\text{n(X)} \times \text{M(X)}}{\text{V}}$,

mais $\dfrac{\text{n(X)}}{\text{V}} = \text{[X]}$,

donc :

$\boxed{\text{t(X)} = \text{[X]} \times \text{M(X)}}$

VII. Concentration en masse d'une solution

Définition :
Si on dissout une masse $\text{m}_{\text{(soluté)}}$ de soluté dans l'eau pour faire un volume $\text{V}$ de solution, alors la concentration en masse (ou titre massique) de cette solution est :

$\boxed{\text{t} = \dfrac{\text{m}_{\text{(soluté)}}}{\text{V}}}$

Unités :

$\bullet\quad$Usuelles : $\text{m}_{(\text{soluté})}$ est en $\text{g}$ ; $\text{V}$est en $\text{L}$ ; $\text{t}$ est en $\text{g/L}$ ;

$\bullet\quad$S.I : $\text{m}_{(\text{soluté})}$ est en $\text{kg}$ ; $\text{V}$est en $m^3$ ; $\text{t}$ est en $kg.m^3$ .

Remarque : on a aussi $\boxed{\text{t} = \text{C} \times \text{M}_{\text{(soluté)}}}$.

VIII. Conductance d'une solution ionique diluée

Définition :
La conductance $\text{G}$ d'une portion de solution est l'inverse de la résistance $\text{R}$.

Propriété :
La conductance de la portion de solution ionique entre les électrodes $\text{A}$ et $\text{B}$ est :

$\boxed{\text{G} = \dfrac{\text{I}}{\text{U}_{\text{AB}}}}$

Unités : $\text{I}$ est en $\text{A}$ ; $\text{U}_{\text{AB}}$ est en $\text{V}$ ; $\text{G}$ est en siemens ($\text{S}$).

Remarque : l'expression de la loi d'Ohm pour la portion de solution entre les électrodes $\text{A}$ et $\text{B}$ est $U_{AB} = R.I$ ou $I = G.U_{AB}$ .

Expression :
La conductance de la portion d'une solution ionique entre deux électrodes parallèles, de surface $\text{S}$ et distantes de $\text{L}$, est :

$\boxed{\text{G} = \sigma \times \dfrac{\text{S}}{\text{L}}}$

si $\sigma$ est la conductivité de la solution.

Unités : $\text{G}$ est en $\text{S}$ ; $\text{S}$ est en $m^2$ ; $\text{L}$ est en $\text{m}$ ; $\sigma$ est en $S.m^{-1}$ .

IX. Conductivité d'une solution ionique diluée

Définition :
La conductivité d'une solution dépend de la nature des ions $X_i$ présents dans cette solution et de leur concentration molaire $[X_i]$ :

$\boxed{\sigma = \sum \lambda_i \times [X_i]}$

si $\lambda_i$ est la conductivité molaire ionique de l'ion $X_i$.

Unités : $\sigma$ est en S.m⁻¹ ; $[X_i]$ est en mol.m⁻³ ; $\lambda_i$ est en S.m².mol⁻¹.

X. Dosage ou titrage

Définitions :

$\bullet\quad$Titrer ou doser une espèce chimique dans une solution : c'est déterminer sa concentration molaire dans cette solution.

$\bullet\quad$L'équivalence est atteinte quand les réactifs de la réaction du dosage ont été introduits dans des proportions stœchiométriques.

À l'équivalence, le réactif titrant et le réactif titré ont entièrement réagi.

Exemples :

$\bullet\quad$Dosage conductimétrique (de l'ion $Ag^+$ par l'ion $Cl^-$) ;

$\bullet\quad$Dosage colorimétrique à l'aide d'un indicateur coloré ;

$\bullet\quad$Dosage pH-métrique à l'aide d'une sonde à $\text{pH}$ ;

$\bullet\quad$Dosage potentiométrique (hors programme).

XI. Réaction chimique et avancement

Définition :

L'avancement de la réaction, noté $x$, exprimé en mol, permet de suivre l'évolution des quantités de matières des réactifs et des produits au cours de la transformation chimique.

Propriété :

Pour une équation chimique du type $\alpha.A + \beta.B \to \gamma.C + \delta.D$, si l'avancement de la réaction est $x$, c'est que les quantités $\alpha.x$ de réactif $A$ et $\beta.x$ de réactif $B$ ont été consommées. Simultanément, les quantités $\gamma.x$ du produit $C$ et $\delta.x$ du produit $D$ ont été formées.

Tableau descriptif du système chimique en évolution :

$\bullet\quad$un état initial (à $t = 0~s$) : l'avancement de la réaction est nul.

$\bullet\quad$un état intermédiaire (à $t$) : l'avancement de la réaction est $x$.

$\bullet\quad$un état final (à $t = t_f$) : l'avancement de la réaction est $x_f$.

Attention : l'état maximal ($x = x_{\text{max}}$) n'est pas systématiquement atteint ! C'est un état théorique qui permet de déterminer le ou les réactif(s) limitant(s).

XII. Réactions d'oxydoréduction

Définitions :

$\bullet\quad$Un oxydant est une espèce chimique capable de capter $1$, $2$ ou $3$ électrons ($e⁻$).

$\bullet\quad$Un réducteur est une espèce chimique capable de céder $1$, $2$ ou $3$ $e⁻$.

$\bullet\quad$Une oxydation est une perte de $e⁻$.

$\bullet\quad$Une réduction est un gain de $e⁻$.

$\bullet\quad$Un couple oxydant/réducteur, noté $\text{Ox/Red}$, est constitué de deux espèces chimiques conjuguées qui échangent des $e⁻$ selon la demi-équation électronique :

$\boxed{\text{Ox} + n e⁻ \to \text{Red}}$

$\bullet\quad$Une réaction d'oxydoréduction est un transfert de $e⁻$ du réducteur d'un couple vers l'oxydant d'un autre couple.

_{= Merci à gbm pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =}