Représentation des connaissances du DEC: Concepts fondamentaux du formalisme des Graphes d'Unités
Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.
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L’excès de formalismetue-t-il le formalisme ?
Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris
![Page 2: Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022062404/551d9da1497959293b8d14c3/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Quelques questions
Vocabulaire Précision, concision, exactitude (?), cohérence
Symbolisme Éviter l’ambiguïté
Notations Cohérence Précision / lourdeur Homogénéité…
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3
Vocabulaire
Oxonium ou hydronium ? Nombre de moles ? Solution d’acide chlorhydrique, acide fort ? « K zéro » ? Réaction, équation, transformation ? …
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4
L’ion hydrogène en solution aqueuse
Hydronium ou oxonium ? De quoi parle-t-on ? Sûrement pas hydronium…
ce serait au mieux l’ion H2+
(Robert Panico, maître es nomenclature…)
Oxonium ? C’est l’ion H3O+
à comparer à ammonium, alkyloxonium, dialkyloxonium
Isolé à l’état solide : perchlorate d’oxonium (encapsulé dans un éther-couronne)
En solution aqueuse ? Mouais…………
C’est l’ion H+(aq) : ion hydrogène ! Analogue à l’ion fer Fe2+(aq), l’ion sodium…
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5
Titrage acide fort – base forte
« solution d’acide chlorhydrique »… Pléonasme ! L’acide chlorhydrique est la
solution aqueuse de chlorure d’hydrogène L’acide chlorhydrique est-il un acide fort ?
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6
Grandeurs standard
Notations : K ° ; K 0 ; K
Les seules acceptables (IUPAC) : K ° ; K
Prononciation : « K zéro » ? NON !!! K standard !
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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 l’équation »… voir plus loin
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8
Transformation réversible / renversable
Renversable : le retour à l’état initial est possible, mais par un chemin qui peut être différent du chemin direct
Réversible : le retour à l’état 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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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 d’équilibre, 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 stœchiométriques
d’une 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 l’échelle macroscopique de la transformation chimique
Les flèches : dans les mécanismes réactionnels (description à l’échelle 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…
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Différentes étapes du raisonnement
Caractériser la transformation Passage d’un 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
EF
EI
n(I) = i
z0 n(Z) = z
n(E) = e e + z = e0 + z0
e0
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Différentes étapes du raisonnement
Bilan des espèces dans les états extrêmes Formation de l’iodure d’hydrogène
Formation du bromure d’hydrogène
2H (g)
2I (g)
2H (g)
2I (g)HI(g)
2H (g)
2Br (g)
2H (g)
2Br (g)HBr(g)
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Différentes étapes du raisonnement
Bilan des espèces en fonction du temps Formation de l’iodure d’hydrogène
Formation du bromure d’hydrogène
2H (g)
2I (g)
2H (g)
2I (g)HI(g)
2H (g)
2Br (g)
2H (g)
2Br (g)HBr(g)
2H (g)
2I (g)HI(g)
2H (g)
2Br (g)HBr(g)
H(g) Br(g)
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Modélisation : équation de réaction
Iodure d’hydrogène Conservation de la matière
Ce sont deux équations de plans… donc celle d’une droite (variété linéaire affine de dimension 1… oui, c’est de l’algèbre linéaire !)
Conclusion : toutes les quantités de matière s’expriment à l’aide d’une seule variable… l’avancement de l’équation de réaction !
2(HI) 2 (I ) 2n n i 2(HI) 2 (H ) 2n n h
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Représentation graphique
EI
n(HI)
2 i
n(I2)
n(H2)
h
i
la réaction chimique
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Nombre de variables indépendantes
Cas de l’iodure d’hydrogène : c’est simple (une seule) donc pas besoin des outils complexes…
Si l’on 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 d’éléments) : matrice d’une application linéaire
Chercher le rang de la matrice (taille du déterminant non nul le plus petit) : c’est le nombre d’équations indépendantes (de variables…) critère de JOUGUET
L’équation : H2 + I2 = 2 HI
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Plus complexe…
Pour le bromure d’hydrogène HBr Conservation de la matière :
Il faut plusieurs variables indépendantes… plusieurs équations de réaction (au minimum, de quoi faire apparaître les espèces physicochimiques…) !
2(HBr) 2 (Br ) (Br) 2n n n b 2(HBr) 2 (H ) (H) 2n n n h
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Recherchedes équations indépendantes
Empirique… on procède par tâtonnement, souvent à partir des processus physiques élémentaires (actes élémentaires)
Méthodique : outils de l’algèbre 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
l’aspect macroscopique pour la vision moléculaire de la transformation chimique)
En thermodynamique : le signe = s’accompagne d’un commentaire (la transformation est totale, ou peu avancée…)
Rappel : caractère total de la transformation vs constante d’équilibre !
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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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28
Notations
Exemples ambigus
20,06log[FeE E
n
r 300 0,157G T
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29
Une solution :
N’écrire que des équations littérales
2[Fe ]log avec ln10
RTE E
n c
F
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30
Une solution géniale : Guggenheim
N’écrire que des équations numériques !
2 10,06/ V / V log [Fe ] / mol LE E
n
1r / kJ molG
/KT
![Page 31: Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022062404/551d9da1497959293b8d14c3/html5/thumbnails/31.jpg)
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Et l’on retrouve « le nombre de moles »
/ moln
![Page 32: Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022062404/551d9da1497959293b8d14c3/html5/thumbnails/32.jpg)
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Bibliographie succincte
Thermodynamique de la chimieL. Jullien, H. Lemarchand et al, Éd. Hermann
La réaction chimiqueM. 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
symbolismeA. Gilles, BUP 817, Oct 1999, p 1503 ff
![Page 33: Lexcès de formalisme tue-t-il le formalisme ? Julien Lalande, Lycée Chaptal, Paris.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022062404/551d9da1497959293b8d14c3/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Y’a pas que la chimie dans la vie…
Merci de votre attention !