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Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.

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1 Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris

2 2 Quelques questions Vocabulaire Précision, concision, exactitude (?), cohérence Symbolisme Éviter lambiguïté Notations Cohérence Précision / lourdeur Homogénéité…

3 3 Vocabulaire Oxonium ou hydronium ? Nombre de moles ? Solution dacide chlorhydrique, acide fort ? « K zéro » ? Réaction, équation, transformation ? …

4 4 Lion hydrogène en solution aqueuse Hydronium ou oxonium ? De quoi parle-t-on ? Sûrement pas hydronium… ce serait au mieux lion H 2 + (Robert Panico, maître es nomenclature…) Oxonium ? Cest lion H 3 O + à comparer à ammonium, alkyloxonium, dialkyloxonium Isolé à létat solide : perchlorate doxonium (encapsulé dans un éther- couronne) En solution aqueuse ? Mouais………… Cest lion H + (aq) : ion hydrogène ! Analogue à lion fer Fe 2+ (aq), lion sodium…

5 5 Titrage acide fort – base forte « solution dacide chlorhydrique »… Pléonasme ! Lacide chlorhydrique est la solution aqueuse de chlorure dhydrogène Lacide chlorhydrique est-il un acide fort ?

6 6 Grandeurs standard Notations : K ° ; K 0 ; K, Les seules acceptables (IUPAC) : K ° ; K, Prononciation : « K zéro » ? NON !!! K standard !

7 7 Réaction / Transformation / équation ? Bien définir les termes… Niveau macroscopique Mais distinguo franco-français… Partir de la transformation Modélisée par une (ou plusieurs !) équations de réaction La « réaction chimique » : chemin particulier que suivrait le système en évoluant « selon léquation »… voir plus loin

8 8 Transformation réversible / renversable Renversable : le retour à létat initial est possible, mais par un chemin qui peut être différent du chemin direct Réversible : le retour à létat initial est effectué par le même chemin, avec les mêmes échanges énergétiques. Très contraignant ! Contexte de thermodynamique Toute transformation chimique est irréversible !

9 9 Totale, non totale, « équilibrée » De quoi parle-t-on ? De la transformation, évidemment… (voir plus loin) Ne pas parler de « réaction totale » Pas de corrélation générale avec les grandeurs standard (constante déquilibre, par exemple) Bien définir les termes…

10 10 Electrode Confusion de vocabulaire conducteur métallique (une électrode de fer…) Demi-cellule électrochimique Fe || solution aqueuse |

11 11 « Équilibrer une réaction » Provocateur ! On dit : « ajuster les nombres stœchiométriques dune équation de réaction » (to balance an equation) Ne pas confondre… Transformation Équation Réaction

12 12 Chimie organique Nomenclature systématique à jour Éviter « tertiobutylate »… pour… tert-butanolate Noms triviaux : oui, nous ne sommes pas déconnectés de la vie courante…

13 13 Symbolisme Flèches, doubles flèches, signe égal Le signe égal (voir plus loin) : dans une équation de réaction, description modélisée à léchelle macroscopique de la transformation chimique Les flèches : dans les mécanismes réactionnels (description à léchelle moléculaire) des phénomènes chimiques « La réaction est totale » donc simple flèche ? « La réaction est équilibrée » donc double flèche ?

14 14 Comment faire… Recommandations (IUPAC, BO) Être clair…

15 15 Différentes étapes du raisonnement Caractériser la transformation Passage dun état initial à un état final Recensement des espèces (modélisation !) Dans les états extrêmes (thermodynamique) En cours de transformation (cinétique) Aspect essentiel : conservation de la matière (des atomes) !

16 16 Un exemple simple Isomérisation de Z en E États extrêmes : Z quantité z 0 Equantité e 0 Au cours du temps : Zquantité z E quantité e et un intermédiaire réactionnel I quantité i

17 17 Représentation

18 18 Différentes étapes du raisonnement Bilan des espèces dans les états extrêmes Formation de liodure dhydrogène Formation du bromure dhydrogène

19 19 Différentes étapes du raisonnement Bilan des espèces en fonction du temps Formation de liodure dhydrogène Formation du bromure dhydrogène

20 20 Modélisation : équation de réaction Iodure dhydrogène Conservation de la matière Ce sont deux équations de plans… donc celle dune droite (variété linéaire affine de dimension 1… oui, cest de lalgèbre linéaire !) Conclusion : toutes les quantités de matière sexpriment à laide dune seule variable… lavancement de léquation de réaction !

21 21 Représentation graphique

22 22 Nombre de variables indépendantes Cas de liodure dhydrogène : cest simple (une seule) donc pas besoin des outils complexes… Si lon veut quand même : une espèce physicochimique = un vecteur… écrire la matrice des composantes dans la base des éléments chimiques (ou une autre base de groupes déléments) : matrice dune application linéaire Chercher le rang de la matrice (taille du déterminant non nul le plus petit) : cest le nombre déquations indépendantes (de variables…) critère de JOUGUET Léquation : H 2 + I 2 = 2 HI

23 23 Plus complexe… Pour le bromure dhydrogène HBr Conservation de la matière : Il faut plusieurs variables indépendantes… plusieurs équations de réaction (au minimum, de quoi faire apparaître les espèces physicochimiques…) !

24 24 Recherche des équations indépendantes Empirique… on procède par tâtonnement, souvent à partir des processus physiques élémentaires (actes élémentaires) Méthodique : outils de lalgèbre linéaire

25 25 Symbolisme… les flèches ! Idées générales Le discours doit accompagner le schéma… (au moins quelques mots) On est en cinétique chimique… (on a quitté laspect macroscopique pour la vision moléculaire de la transformation chimique) En thermodynamique : le signe = saccompagne dun commentaire (la transformation est totale, ou peu avancée…) Rappel : caractère total de la transformation vs constante déquilibre !

26 26 Symbolisme… les flèches !

27 27 Les recommandations Simple flèche : processus élémentaire unidirectionnel (vitesse sens 2 nulle) Double flèche : processus élémentaire bidirectionnel (deux vitesses non nulles) Double harpon : processus élémentaire bidirectionnel avec équilibre chimique établi – deux vitesses non nulles mais égales

28 28 Notations Exemples ambigus

29 29 Une solution : Nécrire que des équations littérales

30 30 Une solution géniale : Guggenheim Nécrire que des équations numériques !

31 31 Et lon retrouve « le nombre de moles »

32 32 Bibliographie succincte Thermodynamique de la chimie L. Jullien, H. Lemarchand et al, Éd. Hermann La réaction chimique M. Laffitte et F. Rouquérol, Éd. Masson Modélisation macroscopique des transformations physico-chimiques M. Soustelle, Éd. Masson La réaction créatrice H. Lemarchand, Ch. Vidal, Éd. Hermann La réaction chimique, moteur, description et symbolisme A. Gilles, BUP 817, Oct 1999, p 1503 ff

33 33 Ya pas que la chimie dans la vie… Merci de votre attention !


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