1Chimie Analytique I: Chapitre 3La chimie en solution aqueuse

3.1 Dfinition: la concentration

La concentration exprime la quantit de substance parunit de volume

3.2 Expressions de concentration

i) La molaritii) La molalitiii) La normalitiv) Le pourcentagev) La fraction molaire

ii) La molalit exprime la quantit de solut contenuedans 1000g de solvant ( f(T)).

iii) La normalit N exprime le nombre dquivalents-grammes de solut par litre de solution.

Lquivalent-gramme est la quantit de substancecomprenant une mole des particules considres (H+, e

etc.)iv) Le pourcentage % dune solution indique la massede substance pour 100g de solution. Il sagit dunecomparaison poidspoids

i) La molarit exprime la quantit de solut contenuedans un volume donn de solution (f(T)).

Les expressions de concentration

v) La fraction molaire x indique le rapport entre lenombre de moles et le nombre total de mole de la solution

33.3 Les units des expressions de concentration

ii) La molalit: molkg1

iii) La normalit N

iv) Le pourcentage % pourcent

i) La molarit [ ]: moll1, M

v) La fraction molaire x sans unit

43.4 Molarit analytique vs. molarit despce

Dfinitions

La molarit analytique de X (abbrg cx) indique commentune solution a t prpare. Ceci reprsente le nombre demoles d un solut par litre de solution.

Un compos dissout peut ragir en solution pour donnerd autres espces!

La molarit d espce (ou d quilibre) (abrge [X])exprime la concentration molaire d une espceparticulire dans une solution l quilibre.

53.5 Exemples

i) Molarit: quelle est la molarit d'une solution contenant 60g de formaldhyde dans 1.5 litre d'eau ?

ii) Combien de ml d'une solution 5M H2SO4 faudrait-il ajouteraux 5.21g de BaCl2 pour obtenir une raction quantitative?

iii) Normalit: quelle est la normalita) d une solution dacide formique 1Mb) d une solution H2SO4 1Mc) d une solution KMnO4 1M

iv) Fraction molaire: quelle est la fraction molairea) du mthanol 50%b) De l thanol 46%

v) Rapports de volume: que signifie NH3 1:1

63.6 L quilibre chimique

Les concepts de raction chimique et de stoechiomtriemnent au concept d quilibre chimique

wW + xX yY + zZ

Les MAJUSCULES reprsentent les molcules (atomes) quisont mises en prsence.

Les minuscules reprsentent les coficients stoechi-omtriques ncessaires quilibrer la raction chimique.

L quilibre chimique est atteint lorsqu il y a autant demolcules wW + xX qui ragissent pour donner yY + zZqu il y a de molcules yY + zZ qui ragissent pour donnerwW + xX

73.7 La constante d quilibre K

Il est possible d crire quantitativement les facteurs quiinfluencent la position d un quilibre chimique:

LA LOI D ACTION DE MASSE

Cato Guldberg et Peter Waage (Norvge1864)

K =[Y]y[Z]z

[W]w[X]x

K est apell la constante d quilibre

83.7 La constante d quilibre K

p.ex. Si Z est un solvant la MWG devient

K =[Y]y

[W]w[X]x

[Y] concentration molaire ou pression partielle

[X] corps pur ou solvant (si concentration constante)

K =[Y]y[Z]z

[W]w[X]x

93.8 Remarques concernant K

a) Les units de K dpendent de la raction envisage

b) Les grandeurs trs variables de K favorisent l utili-sation d une chelle logarithmique

pK = logK

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3.9 Constantes d quilibres importantes en chimie

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3.10 L effet de sel

Question: quelle est l influence d autres ions sur lasolubilit d un sel peu soluble?

La prsence de NaCl (p.ex.) augmente la solubilit de BaSO4car le Ba2+ est solvat par des Cl, diminuant ainsi sa chargeet par consquent son attraction pour SO42

Pour dcrire ce phnomne d effet de sel, on introduit lanotion d activit a et de force ionique I.

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3.11 Les coefficients d activit a

La loi d action de masse (MWG) n est valable que pour dessolutions dilues ([Y] < 0.1M).

Lorsque les solutions sont plus concentres, on doit rempla-cer les concentrations [Y] par les activits aY

aY = Y [Y]g Y coefficient d activit (sans unit)

La loi d' action de masse devient:

K =aY

y aZz

aWw aX

x =(g Y [Y])

y (g Z [Z])z

(g W [W])w ( g X [X])

x

K = cst dquilibre thermodynamique (activit)K = cst dquilibre thermodynamique

(concentration)

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3.12 La force ionique I

Plutt que la concentration d un sel en solution, c est laforce ionique qui est dterminante pour beaucoup dephnomnes dassociation en solution.

La force ionique ne dpend pas de la nature des espces ensolution mais de leur charge ZY et de leurs concentrations [Y].

I =12

([A]ZA2 + [B]ZB

2 + [C]ZC2 ...)=

12

[i] Zi2

i= 1

n

Debye et Hckel ont driv une formule qui permet decalculer les coefficients d'activit partir de leur charge ZYet de leur taille a Y.

- logg Y =0.51ZY

2 I1 + 3.3a Y I

lorsqueIx 0, g x 1 ax = x[ ] ,K = K'

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3.13 Exercice

Dterminer la force ionique d une solution contenant 0.1MNa2SO4 et 0.05M KNO3.

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3.14 Le principe de Le Chtelier

Dfinition: le Principe de Le Chtelier (nonc en 1884)stipule que la position d'un quilibre volue toujours dans ladirection qui s'oppose la contrainte applique au systme.

Ce principe fondamental en chimie permet de prvoir dansquel sens une raction tend voluer.

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A(g) + B(aq) C(aq) + Chaleur

Puisqu'un quilibre s'tabli, la raction n'est pas quantitative,le rendement de la raction ne sera pas de 100%.

A + excs B C

Un excs de B provoque un dplacement de l'quilibre versC minimisant ainsi la contrainte applique sur le systme

A + B C

Le fait de chauffer cette raction provoque un dplacementde l'quilibre vers la gauche.

Le fait d'augmenter la pression provoque un dplacement del'quilibre vers la droite, de manire diminuer le volume.

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3.15 Exemple

Dmontrer pourquoi [H2O] n'apparait pas dans lesexpressions des constantes d'quilibre en solution aqueuse.

Pour rpondre cette question

a) il faut dterminer la concentration molaire de l'eau ensolution acide dilue (p.ex. 0.1M HCl) ?

b) montrer que cette concentration est constante quelle quesoit la raction envisage.

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3.16 Rsum

Concentration (Molarit)

Force ionique et activit

Equilibre chimique (K)

Loi d action de masse

Equilibres importants en chimie

Principe de Le Chtelier