Corps pur

-  Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique. Il est constitué de particules toutes identiques.

-  L’espèce chimique peut être naturelle (que l’on trouve dans la nature), synthétique (préparée par l’Homme à l’aide de transformations chimiques),

-  Un corps pur possède une formule chimique

-  Un corps pur possède des constantes physiques spécifiques : température de fusion, température d’ébullition, masse volumique, indice de réfraction…

-  Exemple : le dioxygène ; O₂, le diazote ; N₂, éthanol ; CH₃CH₂OH

-  Additif :

-  Le chlorure de sodium (sel de cuisine) est une espèce chimique.

-  Il n’a pas une structure moléculaire mais une structure ionique.

-  On le représente aussi par une formule chimique NaCl qui n’a pas bien la même signification que celle de l’eau.

-  Le chlorure de sodium est un cristal.

-  Il est formé d’un assemblage compact et ordonné d’ions chlorure et d’ions sodium.

-  La formule du chlorure de sodium est une formule statistique.

-  Elle traduit le fait que dans le cristal, il y a autant d’ions chlorure que d’ions sodium.

La solubilité en masse d'une espèce chimique

-  La solubilité en masse d'une espèce chimique, notée s, est la masse maximale de solide que l'on peut dissoudre dans un litre de solution.

-  Relation :

-  La solubilité s en gramme par litre de solution (g . L^–1)

-  La masse de l’espèce chimique m en gramme  (g)

-  Le volume de la solution V en litre (L)

-  Elle est une donnée essentielle lors de la préparation d'une solution.

-  La solubilité massique dépend de la nature du soluté et du solvant, ainsi que de la température.

-  La solubilité d’une espèce chimique augmente avec la température.

-  Exemple : solubilité du chlorure de sodium :

-  La solubilité du chlorure de sodium (NaCℓ) dans l'eau à 20 °C est de 358,5 g · L^–1.

-  À 100 ° C , la solubilité du chlorure de sodium (NaCℓ) dans l'eau est de 391 g · L^–1.

Étude du rapport

-  La masse volumique : (suite)

-   La masse volumique ρ d’une espèce chimique est égale au quotient de sa masse m par son volume V.

-  Relation :

-  masse volumique ρ en gramme par litre ( g. L^–1 ou kg . L^–1 ou kg . m^–3, …)

-  masse de l’espèce chimique m en gramme (g ou kg, …).

-  Le volume de l’espèce chimique V en litre (L ou m³, …)

-  La concentration en masse :

-  La concentration en masse, ou titre massique, t d’une solution en espèce chimique dissoute est le quotient de la masse de soluté m_soluté par le volume V_solution de la solution.

-  Relation :

-  Concentration en masse t en soluté en gramme par litre  (g . L^–1)

-  masse de soluté m_soluté en gramme (g).

-  volume de la solution V_solution en litre (L).

-  La solubilité en masse :

-  La solubilité en masse d'une espèce chimique, notée s, est la masse maximale de solide que l'on peut dissoudre dans un litre de solution.

-  Relation :

-  La solubilité s en gramme par litre de solution (g . L^–1)

-  La masse de l’espèce chimique m en gramme  (g)

-  Le volume de la solution V en litre (L)

-  Attention :

-  Il ne faut pas confondre la masse volumique ρ_solution avec la concentration en masse t_soluté d’un soluté dans une solution.

-  Ces deux grandeurs peuvent s’exprimer dans la même unité.

-  Mais ces deux grandeurs sont différentes.

-  La densité d.

-  La densité des liquides et des solides se mesure par rapport à l’eau.

-  La densité des gaz se mesure par rapport à l’air.

-   

-  Relation : on écrit :

-  Connaissant la masse volumique du liquide, on peut utiliser la relation suivante.

-  Pour le solide ou le liquide : m = ρ . V et pour l’eau : m_eau= ρ_eau . V

-  Conséquence :  On en déduit la relation suivante :

-   

-  La densité est un nombre qui n’a pas d’unité.

-  Masse volumique de l’eau : ρ_eau = 1,0 kg / dm³ ou ρ_eau = 1,0 g / cm³ ou ρ_eau = 1,0 g / mL

-  Pour les gaz, la référence est l’air. La relation est la suivante :

 -  La masse volumique de l’air dépend de la température et de la pression.

-  Pour une température θ = 0 °C et pour une pression p = 1013 hPa,

-  La masse volumique de l’air : ρ_air = 1,29 g / L

Masse volumique de la bague ;

-  La masse volumique ρ du métal est égale au quotient de sa masse m par son volume V.

-  Relation :

-  masse volumique ρ en gramme par litre ( g. L^–1 ou kg . L^–1 ou kg . m^–3, …)

-  masse de l’espèce chimique m = 30,0 g en gramme (g)

-  Le volume du métal V = 1,56 cm³

-   

-  Ne pas donner plus de chiffres significatifs qu’il n’y en a dans l’énoncé.

L’air

-  Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques.

-  Un mélange ne possède pas de formule chimique

-  Un mélange est constitué d’espèces chimiques différentes. Il ne peut pas être représenté par une formule chimique.

-  Ainsi l’air est un mélange de dioxygène O₂, de diazote N₂, l’argon Ar,…

-  On ne donne pas de formule chimique à l’air.

-  On peut donner la formule chimique des constituants de l’air.

-  L’air est un mélange gazeux, il est composé principalement

-  De diazote (78 %)

-  De dioxygène (21 %)

-  Il contient aussi les gaz suivants (total ≈ 1 %)

-  Les gaz rares tels que l’argon, le néon, l’hélium…

-  Le dioxyde de carbone

-  La vapeur d’eau…

-  Mélange homogène : un mélange homogène est un mélange dont on ne distingue pas les constituants lors d'une observation ou d'une utilisation.

-  Ainsi l’air est un mélange homogène de dioxygène O₂, de diazote N₂, l’argon Ar,…

-  Mélange hétérogène : un mélange hétérogène est un mélange dont les constituants sont visibles et distincts à l’œil nu ou au microscope, chaque composant conservant ses propriétés physiques.

-  Un mélange hétérogène se caractérise par la présence de plusieurs phases distinctes.

-  Par exemple, l’eau et l’huile, le sable dans l’eau, sont des mélanges hétérogènes, car on peut distinguer les différents composants.

-  Les constituants peuvent être solides, liquides ou gazeux, et ils restent séparés physiquement sans réaction chimique.

Formule chimique d’une molécule :

-  Une molécule est une entité chimique électriquement neutre.

-  Elle est formée d’un nombre limité d’atomes liés entre eux par des liaisons de covalence.

-  C’est le cas de la molécule d’eau qui renferme deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène.

-  La formule brute d’une molécule.

-  La formule brute d’une molécule est l’écriture la plus compacte décrivant la nature et le nombre d’atomes de cette molécule.

-  Un atome est désigné par un nom et un symbole chimique : l’atome d’hydrogène H, l’atome d’azote N ((Natrium)…

-  À chaque molécule est attribuée un nom et une formule brute.

-  Dans la formule brute d’une molécule, les symboles des éléments présents dans la molécule sont écrits côte à côte avec, en indice, en bas à droite, le nombre d’atomes de chaque élément.

-  L’indice 1 n’est jamais spécifié.

-  La nature et le nombre des atomes présents dans une molécule sont donnés par sa formule brute.

-  Exemple : formule brute de la molécule d’eau : H₂O et formule brute de la molécule de saccharose : C₁₂H₂₂O₁₁

-  Le nombre d’atomes d’une molécule est son atomicité.

-  Donner l’atomicité de chaque molécule :

-  Eau 3 et saccharose 45.

-  La molécule de diazote est constituée de deux atomes d’azote de symbole N.

L’atome :

-  Un atome est une entité constituée d’un noyau et d’électrons en mouvement dans le vide autour du noyau.

-  Le noyau :

-  Le noyau est constitué de particules appelées nucléons.

-  Les nucléons sont de deux types : les protons et les neutrons.

-  Le symbole du Coulomb est  C  unité de charge électrique

-  Remarque : e représente la charge élémentaire.  Elle s’exprime en coulomb (symbole C)

-  La charge élémentaire a pour valeur : e = 1,602189 × 10 ^{– 19 C}

-  La masse du neutron est voisine de celle du proton : m_p ≈ m_n

-  Les électrons.

-  Les électrons constituent le cortège électronique de l’atome.

-  L’atome étant électriquement neutre, le nombre d’électrons d’un atome est égal au nombre de protons.

-  On dit que l’électroneutralité est vérifiée pour tout atome.

-  Les atomes permettent de former des molécules qui sont électriquement neutre comme les atomes.

Représentation symbolique des atomes et du noyau d’un atome :

-   Les atomes sont représentés par des symboles :

-  En général, la première lettre du nom écrite en majuscule.

-  On rajoute parfois une deuxième lettre écrite en minuscule pour éviter les confusions.

-  On trouve les symboles de tous les atomes dans la classification périodique.

-  Grandeurs caractéristiques d’un atome ou du noyau d’un atome.

-  Le nombre de nucléons est noté A, on l’appelle aussi le nombre de masse.

-  Le nombre de protons que contient le noyau est noté Z.

-  On l’appelle aussi le numéro atomique ou le nombre de charge.

-  Les deux nombres A et Z suffisent pour caractériser un noyau.

-  Formule générale du noyau d’un atome :

-  Le symbole du noyau s’obtient à partir du symbole de l’atome correspondant.

-  Exemple : Symbole de l’atome d’hydrogène : H, symbole du noyau :

-  Un atome comprend :

-  Z protons et Z électrons, et (A – Z) neutrons.

-  Les deux grandeurs A et Z permettent de caractériser un noyau ou un atome.

Les ions :

-  Un ion provient d’un atome ou d’un groupement d’atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

-  Un anion (ion chargé moins) résulte de la capture d’un ou plusieurs électrons.

-  Un cation (ion chargé plus) résulte de la perte d’un ou plusieurs électrons.

-  Exemples d’ions monoatomiques :

-  Un ion monoatomique provient d’un atome ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

-  Un anion est un ion qui a une charge négative.

-  Un cation est un ion qui porte une charge positive.

-  Cl ^– : L’ion chlorure provient d’un atome de chlore ayant gagné 1 électron.

-  On peut dans ce cas écrire :    Cl   +  e ^–   →  Cl ^– 

-  Na⁺ : L’ion sodium provient d’un atome de sodium ayant perdu 1 électron.

-  On peut donc écrire dans ce cas :  Na  →  Na⁺   +  e ^– 

-  Lors du passage d’un atome à un ion monoatomique, seul le nombre d’électrons change, le noyau lui n’est pas affecté.

-  Un ion est une espèce chimique qui porte une charge électrique.

-  Ions polyatomiques : H₃O⁺, HO^–, …

Changement d’état physique :

-  Une transformation physique a lieu quand une espèce passe d’un état physique (solide, liquide ou gaz) à un autre état physique.

-  Les différents changements d’état physique :

-  Remarque : il ne faut pas confondre fusion et dissolution. Le sucre ne fond pas dans l’eau, il se dissout.

-  Lors d’une transformation physique, l’espèce chimique ayant subi la transformation ne change pas.

-  Seules les interactions entre les molécules sont modifiées.

-  Une élévation de température conduit à une agitation plus grande des molécules.

-  Les changements d’état d’un corps pur s’effectuent à température constante sous une pression donnée.

-  Les deux états coexistent lors d’un changement d’état :

-  Le changement d’état d’un corps pur se fait à température constante.

-  Sa température reste constante pendant toute la durée du changement d’état.

-  En présence d’un mélange, le changement d’état ne se fait pas à température constante.

-  Exemple :

-  Courbe a : cas d’un corps pur.

-  Courbe b : cas d’un mélange.

Transformation chimique :

-  Une transformation chimique est le passage d’un système chimique d’un état initial à un état final avec formation de nouvelles espèces chimiques

-  Lois de conservation.

-  Conservation des éléments chimiques :

-  Au cours d’une réaction chimique, il y a conservation des éléments chimiques.

-  Les éléments présents dans les réactifs se retrouvent dans les produits.

-  Conservation de la charge : au cours d’une réaction chimique, la charge se conserve.

-  Conservation de la masse : (Lavoisier) :

-  Le chimiste français Lavoisier a montré que la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui apparaissent.

 2 { H⁺ (aq) + Cl⁻ (aq) } + Zn (s) → H₂ (g) + { Zn²⁺ (aq) + 2 Cl⁻ (aq) }