ECE - Chromatographie sur couche mince (C.C.M.)

A retenir :
La hauteur de l’éluant doit être inférieure à la hauteur de la ligne de dépôt.

Système chimique et transformation chimique

I. Le système chimique

 

Le système chimique est un récapitulatif des différents paramètres d’un échantillon de matière.

Il faut toujours indiquer :

– les grandeurs physiques : la pression $P$ et/ou la température $T,$

– les espèces chimiques qui constituent l’échantillon,

– l’état physique des espèces,

– la quantité de matière des espèces.

 

Par exemple : On réalise la dissolution du sel dans de l’eau, il y alors deux systèmes chimiques différents :

Sel Eau
$p$ = 1 bar   $p $ = 1 bar
$T $ = 20°C  $T$ = 20°C
espèces chimiques
$NaCl$ (s)    $Na^{+}$ (aq) : $n_1 = 0,5$ mol
 $n= 0,5$ mol     $Cl^{-}$ (aq) : $n_2 = 0,5$ mol

 

II. La transformation chimique

 

Quand un système chimique évolue d’un état initial (E-I) à un état final (E-F), on parle de transformation chimique.

Exemple 1 : On passe de l’état E-I avec du $NaCl$ solide vers un état final E-F avec des ions $Na^{+}$ et $Cl^{-}$

Exemple 2 : Lors de la combustion du carbone dans du dioxygène, on observe la formation de dioxyde de carbone.

On passe donc d’un état initial E-I avec du carbone $C$ solide et du dioxygène $O_2$ gazeux à un état final E-F avec toujours du carbone solide et du dioxygène de carbone $CO_2$ gazeux (on considère qu’il n’y a pas tout le carbone qui s’est transformé).

On appelle les espèces présentes dans l’état initial, les réactifs et les espèces présentes dans l’état final, les produits.

Équation d'une réaction chimique

Équation d’une réaction chimique

 

I. Définition de la réaction chimique

 

Une réaction chimique modélise une transformation chimique.

Par exemple : on considère la dissolution du chlorure de sodium (sel) dans de l’eau. Pour rappel, à l’état initial de la transformation chimique, il y a le $NaCl$ solide (réactif) et à l’état final, les ions $Na^+$ et $Cl^-$ (produits). On note alors l’équation de réaction dans ce cas :

$NaCl (s) to Na^+ (aq) + Cl^- (aq)$

Néanmoins, il y a tout de même des règles à respecter.

 

II. Conservation des éléments chimiques et de la charge

 

Dans une équation de réaction chimique, il faut toujours le même nombre de chaque élément chimique du côté des réactifs et du côté des produits. Par exemple : pour l’équation $NaCl (s) to Na^+ (aq) + Cl^- (aq),$ il y a bien 1 atome de sodium et un atome de chlorure de chaque côté.

Une autre règle à respecter est qu’il faut aussi que la charge globale des réactifs et des produits soit la même.

Si on reprend l’exemple ci-dessus, les charges sont bien nulles des deux côtés de l’équation : en effet, $NaCl$ possède une charge nulle et les deux charges opposées des ions se compensent (1 – 1 = 0).

Pour respecter ces deux règles, il faut souvent ajuster les nombres stoechiométriques, c’est-à-dire que devant chaque élément chimique, on peut rajouter un nombre (2, 3, 4, etc.). Le but est d’équilibrer la réaction chimique.

 

Exemple

On cherche à équilibrer la réaction suivante : $… Cu^{2+}(aq) + …HO^-(aq) to …Cu(OH)_2 (s)$

 

Pour se faire, il faut procéder par étapes :

 

1. On compte les éléments chimiques

À gauche, il y a : 1 Cu, 1 H et 1 O.

À droite, il y a : 1 Cu, 2 H et 2 O.

Il y a donc un problème pour l’instant.

 

2. On ajuste et on recompte

Il a trop d’oxygène du côté droit, donc il faut faire en sorte qu’à gauche il y en ait deux aussi. On peut donc noter :

$… Cu^{2+}(aq) + 2 HO^-(aq) to …Cu(OH)_2 (s)$

On recompte alors :

À gauche, il y a : 1 Cu, 2 H et 2 O.

À droite, il y a : 1 Cu, 2 H et 2 O.

 

3. On vérifie la conservation de la charge

À gauche, il y a une charge nulle : 2 – 2 = 0

À droite, il n’y a pas de charge non plus.

Transformations chimiques

Une transformation chimique se définit par une disparition d’espèces et la formation de nouvelles espèces. On peut repérer une transformation chimique par un changement de couleur, un dégagement gazeux, l’apparition d’un précipité, une augmentation de température, etc.

 

I. Vocabulaire lié à la réaction chimique

 

Exemple : On prend la combustion méthane, c’est-à-dire lorsque le méthane brûle.

Méthane + dioxygène = dioxyde de carbone + eau

CH4 + O2 = CO2 + H2O

 

 

Réactifs : ce sont les espèces dont la quantité va diminuer au cours d’une réaction chimique. Elles sont présentes avant la transformation chimique. Dans l’exemple, les réactifs sont le méthane et le dioxygène. De la même façon, les produits sont les espèces formées, dont la quantité augmente lors de la réaction chimique. Dans notre exemple, les produits sont le dioxyde de carbone et l’eau.

Espèce spectatrice : elle n’intervient pas dans l’équation bilan d’une réaction chimique. Quand on brûle du méthane dans l’air par exemple, le dioxygène de l’air réagit et le diazote est également présent mais ne réagit pas avec le méthane. La quantité de diazote ne varie donc pas durant la réaction de combustion du méthane : le diazote est une espèce spectatrice.

Réactif limitant : c’est l’espèce, le réactif qui va s’épuiser au cours de la réaction et provoquer son arrêt. Dans notre exemple de la combustion du méthane, c’est le méthane : il n’y aura plus de méthane et la transformation chimique va se stopper. Mais il peut arriver qu’il n’y ait plus de méthane et de dioxygène en même temps. Les deux réactifs sont donc tous les deux limitants et on dira que les réactifs sont placés en proportions stœchiométriques.

 

II. Proportions lors de l’équilibre de l’équation de réaction chimique

 

Il est important d’équilibrer la réaction chimique. On ajoute des coefficients stœchiométriques devant les molécules pour équilibrer l’équation. Dans l’exemple, on peut équilibrer d’abord les carbones, puis les hydrogènes et enfin les oxygènes.

Dans l’exemple de la combustion du méthane, on doit rajouter un « 2 » devant le dioxygène et l’eau. On obtient donc :

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O

Une fois l’équation équilibrée, on a une idée des proportions des réactifs qui vont disparaître et des produits qui vont se former. On lit les proportions pour la combustion du méthane de la manière suivante : une mole de méthane réagit avec deux moles de dioxygène pour fournir une mole de dioxyde de carbone et deux moles d’eau.