L

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Lexcès de formalismetue-t-il le formalisme ?
Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris
2
Quelques questions

• Vocabulaire
• Précision, concision, exactitude (?), cohérence
• Symbolisme
• Éviter lambiguïté
• Notations
• Cohérence
• Précision / lourdeur
• Homogénéité

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Vocabulaire

• Oxonium ou hydronium ?
• Nombre de moles ?
• Solution dacide chlorhydrique, acide fort ?
•  K zéro  ?
• Réaction, équation, transformation ?

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Lion hydrogène en solution aqueuse

• Hydronium ou oxonium ?
• De quoi parle-t-on ?
• Sûrement pas hydronium
• ce serait au mieux lion H2
• (Robert Panico, maître es nomenclature)
• Oxonium ? Cest lion H3O
• 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 Fe2(aq), lion sodium

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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 ?

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Grandeurs standard

• Notations K K 0 K ,
• Les seules acceptables (IUPAC) K K ,
• Prononciation  K zéro  ? NON !!!
• K standard !

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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

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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 !

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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

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Electrode

• Confusion de vocabulaire
• conducteur métallique (une électrode de fer)
• Demi-cellule électrochimique
• Fe solution aqueuse

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 Équilibrer une réaction 

• Provocateur ! On dit
•  ajuster les nombres stœchiométriquesdune
  équation de réaction 
• (to balance an equation)
• Ne pas confondre
• Transformation
• Équation
• Réaction

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Chimie organique

• Nomenclature systématique à jour
• Éviter  tertiobutylate  pour
• tert-butanolate
• Noms triviaux oui, nous ne sommes pas
  déconnectés de la vie courante

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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 ?

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Comment faire

• Recommandations (IUPAC, BO)
• Être clair

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) !

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Un exemple simple

• Isomérisation de Z en E
• États extrêmes
• Z quantité z0
• E quantité e0
• Au cours du temps
• Z quantité z
• E quantité e
• et un intermédiaire réactionnel I quantité i

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Représentation
18
Différentes étapes du raisonnement

• Bilan des espèces dans les états extrêmes
• Formation de liodure dhydrogène
• Formation du bromure dhydrogène

19
Différentes étapes du raisonnement

• Bilan des espèces en fonction du temps
• Formation de liodure dhydrogène
• Formation du bromure dhydrogène

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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 !

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Représentation graphique
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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 H2 I2 2 HI

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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) !

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Recherchedes équations indépendantes

• Empirique on procède par tâtonnement, souvent à
  partir des processus physiques élémentaires
  (actes élémentaires)
• Méthodique outils de lalgèbre linéaire

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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 !

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Symbolisme les flèches !
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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

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Notations

• Exemples ambigus

29
Une solution

• Nécrire que des équations littérales

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Une solution géniale Guggenheim

• Nécrire que des équations numériques !

31
Et lon retrouve  le nombre de moles 
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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

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