La réaction chimique

Calculs des quantités de matière

• La quantité de matière n est une grandeur qui quantifie le nombre d’entités (atomes, ions molécules). Elle est en mole (mol), une mole contient 6,02,1023 entités, ce chiffre est la constante d’Avogadro ($NA=6,02,1023\ \text{mol}^{-1}$).
• La quantité de matière est le rapport entre le nombre d’entité $\text{N}$ et le nombre d’Avogadro $\text{NA} : \text{N}=\frac{N}{NA}$.
• La masse molaire d’un atome ou d’une molécule, $\text{M}$ est la masse d’une mole de cet atome ou de cette molécule. Dans le cas d’une molécule, elle est égale à la somme des masses molaires atomiques des éléments.
• La quantité de matière $n$ contenue dans une masse m d’une espèce chimique pure est donnée par la relation : $\text{n}=\frac{m}{M}$
• La masse volumique $\rho$ est le rapport entre sa masse et son volume : $\rho=\frac{m}{V}$
• La densité $d$ qui est le rapport entre la masse volumique du corps et celle d’un corps de référence l’eau : $d=\frac{\rho}{\rho(eau)}$
• Pour calculer la masse molaire d’un volume donné de liquide pur, on va d’abord déterminer sa masse grâce à sa masse puis diviser celle-ci par la masse molaire du corps, ainsi : $\text{m}=\rho\times V$ puis $\text{n}=\frac{m}{M}$ soit $\text{n}=\frac{\rho\times V}{M}$
• Pour calculer la quantité de matière de gaz pur on utilise le volume molaire $\text{V}_m$, qui est le volume occupé par une mole de gaz.
• Pour calculer la masse molaire d’un volume donné de gaz pur, on fait le rapport entre son volume et le volume molaire : $\text{n}=\frac{\text{V}}{\text{V}_m}$
• Pour finir, nous allons déterminer la quantité de matière d’un soluté selon sa concentration $\text{C}$ dans un volume $\text{V}$ donné : $\text{n}=\text{C}\times \text{V}$

La réaction chimique

• Une réaction chimique est la transformation de réactifs à l’état initial en produits à l’état final.
• Le principe de Lavoisier énonce que rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.
• La masse des réactifs est égale à celle des produits, on a donc une conservation du nombre de chaque atome.
• La charge des réactifs est identique à celle des produits.
• L’avancement $x$ est une grandeur en mol qui permet de quantifier l’avancement d’une réaction chimique.
• Pour une réaction quelconque $\text{aA}+\text{bB}\rightarrow \text{cC}+\text{dD}$ si $ax$ mol de $\text{A}$ sont consommées alors $bx$ mol de $\text{B}$ seront consommées ; et $cx$ mol de $\text{C} $ et $dx$ mol de $\text{D}$ seront formées.

Suivi de la réaction chimique

• À partir des quantités initiales de réactif et des coefficients stœchiométriques, on va pouvoir établir un tableau d’avancement de la réaction à trois instants :
• l’instant initial avec un avancement nul et une quantité de matière initial $n0$ pour les réactifs et nulle pour les produits ;
• un instant quelconque avec un avancement $x$ ;
• l’instant final avec un avancement $x_f$.
• Une réaction chimique n’évolue plus et atteint son état d’avancement final lorsqu’au moins l’un des réactifs est entièrement consommé.
• Pour savoir quel est le réactif en défaut, il faut résoudre les deux équations :

• Le réactif en défaut est celui qui a le plus petit $x_f$.
• Pour déterminer les quantités finales on utilise les équations du tableau d’avancement en remplacement $x_f$ par sa valeur.
• Les réactifs sont dans des proportions stœchiométriques si $n_{i}\frac{(A)}{a} = n_{i}\frac{(B)}{b}$
• Si $n_{i}\frac{(A)}{a} < n_{i}\frac{(B)}{b}$ alors $\text{B}$ est en excès et si $n_{i}\frac{(A)}{a} > n_{i}\frac{(B)}{b}$ alors $\text{A}$ est en excès.