agronomie chimique dans la recherche biologique, Essays (university) of Chemistry

Download agronomie chimique dans la recherche biologique and more Essays (university) Chemistry in PDF only on Docsity! Chimie des solutions Chapitre 1: Les propriétés physiques des solutions 1.1 Quelques types de solutions Solution : Mélange homogéne, en phase gazeuse, liquide ou solide, d’au moins deux substances. Solvant : Constituant qui est présent en plus grande quantité et qui se trouve dans le méme état physique que la solution. Soluté : Toute substance qui peut étre dissoute dans le solvant. Lorsque le solvant utilisé est de l’eau, on appelle cette solution une solution aqueuse. Une solution: est un mélange homogéne de deux ou plusieurs espéces chimiques pures (sans qu’il y ait de réaction chimique). Exemple: sel ou sucre dans l’eau. Le sucre ou le sel se dissout dans I’eau en formant une solution homogéne. Mais si lon continue a rajouter du sucre ou du sel, on peut atteindre un point ot |’on peut remarquer une solution homogéne et un solide au fond du récipient; en ce point on dit que le seuil de solubilité est atteint (on définira plus tard la solubilité), Un solvant: c’est un milieu dispersant; en général le liquide dans lequel se fait la solution. Un solute: c’est le corps dissous (dispersé); peut étre un solide (sucre, sel), un liquide (HCI) ou un gaz (O2, N2). Le solvant est habituellement la substance qui se trouve en plus grande quantité. Quelques exemples de solutions Soluté Solvant Solution Exemples [soluté(s) avant le solvant] Gaz Gaz Gaz Air (O;, Ar, CO)... dans N3) Gaz naturel (C,H,, C,Hs... dans CH,) Gaz Liquide Liquide Boisson gazeuse (soda) (CO, dans HO) Substitut du sang (O, dans la perfluorodécaline) Liquide — Liquide Liquide Vodka (CH,CH,OH dans H,O) Vinaigre (CH;COOH dans H,0) Solide Liquide — Liquide Solution saline (NaCI dans H,O) Carburant de course (naphtaléne dans l’essence) Gaz Solide Solide Hydrogéne (H;) dans du palladium (Pd) Solide Solide Solide Or 14 carats (Ag dans Au) Laiton (Zn dans Cu) I.2 Expressions de concentration La concentration exprime la quantité de substance par unité de volume * concentration molaire ou molarité « Cy » ou M: c’est le nombre de mole de soluté (n) par unité de volume de solution Cu = n [mol/1] volume de solution * concentrations massiques « Cm»: c’est le nombre de gramme de soluté (m) par litre de solution Cn = Eo [g/l]; Cu == M: masse molaire du soluté, * concentrations normales (Normalité (N)): c’est le nombre d’équivalent gramme d’un acide, d’une base, d’un réducteur ou d’un oxydant contenu dans 11 de solution nombre d'équivalentgramme 1l de solution Quelques autres unités de concentration Parties par million, milliard, billion Parties par million = ppm Parties par milliard = ppb (billion en anglais) Parties par billion = ppt (trillion, en anglais) 1 ppm=1me/L (milligramme par litre de solution) 1 ppb = 1 ug/L (microgramme par litre de solution) 1 ppt = 1 ng/L (nanogramme par litre de solution) Ces unités de concentrations sont valides pour des solutions aqueuses diluées. On fait 'approximation que 1 kg de solution est égal a 1 litre de solution. La dilution Les problémes de dilution peuvent donc étre résolus par une méthode algébrique avec la formule : Seone* Meone. = Sait * Veit SECURITE : La dilution d’un acide concentré dans l’eau produit un dégagement de chaleur. Cette chaleur peut amener l'eau a ébullition et causer des éclaboussures. On peut donc recevoir des gouttelettes de solution acide sur soi. Il est donc important de se rappeler cette régle de sécurité toute simple : Les solutions aqueuses de composés ioniques Le soluté se décompose en ions ; Les forces qui causent la dissolution des solides ioniques sont des forces dipéle — dipdle (ion — dipdle pour étre précis dans ce cas). On parle alors de sphére de solvatation de l’eau (ou sphére d’hydratation) qui oriente son péle positif vers les anions et son péle négatif vers les cations. Il faut donc un solvant polaire pour dissoudre un composé ionique. Les solutions aqueuses de composés ioniques 1.4 Quelques propriétés des solutions électrolytiques * Solution électrolytique : solution qui permet le passage d’un courant électrique. * Les solutions aqueuses de composés ioniques sont de bons conducteurs; les particules chargées qui circulent sont des ions. * Les ions transportent une charge électrique 4 travers la solution; les anions (-) sont attirés vers l’anode, et les cations (+) sont attirés vers la cathode. Les types d’électrolytes * Electrolyte fort : soluté qui se dissocie presque complétement ou complétement sous forme d’ions en solution. Bon conducteur (NaCl, HCI, KMn0,). * Non - électrolyte : soluté qui ne se dissocie pas, ou trés faiblement, en ions en solution. Il reste majoritairement sous forme moléculaire. Ne conduit pas l’électricité (CH,CH,OH). * Electrolyte faible : soluté qui est partiellement ionisé en solution. Le courant peut circuler, mais un électrolyte faible est un mauvais conducteur (CH,COOH). * Dans une solution acide, les ions hydrogéne H* sont plus nombreux que les ions hydroxyde HO * Dans une solution basique, les ions hydrogéne Ht sont moins nombreux que les ions hydroxyde HO" beaucoup dions H+ solutions Meutres tesrewy cons Ho: 0 solutions acides 17! solutions basiques 14 eS 1. EE. pH et acidité des solutions Une solution aqueuse est dite «neutre» si elle contient autant d’ions hydronums H;0° que dions hydroxyde OH", Une solution est dite caciden si elle content plus dions H;0" que dons OH" Une solution est dte cbasique» si elle contient plus d'ons OE que d'ions Hs" A 25°C, une solution aqueuse est acide si pH <7, neutre si pH = 7, basique si pH > 7: Soit l’équilibre d* hydrolyse: AH+H,0 =-* A‘+H30° d’un couple acido-basique AH/A™ _ [ATIIH30*] Ka= [AH] [AH] Ka D’aprés I’expression de Ky, [H30*] = 1 sachant que pH = -log[H30°] pH = pK, + log[A’/[AH] K,, = [OH] . [H,0*] KR,—10!* a2s8°C pH — -log [H,07] @ Ff Acide fort: Un acide fort est totalement dissocié ‘base acide acide (1) ‘base (2) Conjugaée(l) ——_sanjugué @) HA + H,O—> A + H,Ot I I Concentration | C ! I initiale a 09 | 0 . + I Concentration 0 Cc | Cc al’ équilibre ! HA | HA 1 I pH = - log [H;0*] --> pH=- log Cus Cua, étant la concentration initiale d'acide exprimée en molt ou molaire, @ 1 Base forte - Une base forte est totalement dissociée acide base compugue (hy conjuguse 2) acide @) + HO — HBt+ OH base (a) Concentration | C, initiale 9 Concentration aléquilibre oO ‘ec. pH = - log [H,©*] K. PH=-leg Torq e_ GbO1 on pH=- log ( [OH] = Cp ) ey pH =- dog 10" -log Cy, ) (&.=10-15 log a‘b = log a- log b) pH=- log 10-4 + log Cg, prepricte des tay pH = 14+ log Cy L pH= -log ( ———3— ) (car pH= -log[H;07] Cs pH= -(log Kw!” + log K,!? — log Cp! ) pH= 7 -%.logK,+ %. log Cg car—log K, = pK, VI Mélange Tampon : Solution d'un acide faible et de sa base @ conjuguée ee Constante d’acidité de I’ acide acétique (CH,COOH) [CH,COO‘] . [H,0*] Kee [CH,COOH] [CH,COOH] Cun (H,0*] = a 5 eae [CH,COO] c C. =? pH =-log K, + log 2 — c, HA base] pH=-log K+ log Taciaey on, [base] pH= pK, + log acide” @ VI Synthese des formules de calcul de pH acide fort base forte pH =- log Cy, pH=14+ log Cy acide faible base faible pH= - log K,~ “log Cy, pH= 7 -%. log K,+%. log C, on ou eee | pH= 4pK.—"AlogCyy mem ee E acide faible / base conjuguée ow base faible /acide conjugué [base] pH=ogK, tog Srey * La concentrati - grammes par lit ou ports seere mas H= pK, + log “faace]  La concentration en (%) La concentration % m/V est utilisée pour un solute solide et un solvant liquide Elle représente le nombre de grammes de solute par 100 ml de solution “La concentration % V/V est utilisée pour un solute liquide et un solvant liquide Elle représente le nombre de millilitres de solute par 100 ml de solution La concentration % m/m est utilisée pour un solute solide et un solvant solide Elle représente le nombre de crammes de solute par 100 9 de solution Ex: les alliages comme l’acier (entre 0,02 % et 2 %) (masse de carbone / masse du mélange) La concentration en ppm La concentration en parties par millions (ppm) correspond a au nombre de parties de soluté dissous dans un million de parties de solution Pour un solute solide et une solution solide Tppm=ig olute Og jon ou 1 ppm = 1 g de soluté / 1 000 kg de solution ou 1 ppm = 1 mg de soluté / 1 kg de solution Pour un solute solide et une solution liquide 1 ppm = 1 g de soluté / 1 000 000 ml de solution ou 1 ppm = 1 g de soluté / 1 000 L de solution 1 ppm = e/ib slutior La concentration en ppm est utilisée pour mesurer de petites concentrations u