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CHIMIE DES SOLUTIONS 2e ÉDITION John W. Hill Ralph H. Petrucci Terry W. McCrear

CHIMIE DES SOLUTIONS 2e ÉDITION John W. Hill Ralph H. Petrucci Terry W. McCreary Scott S. Perry RÉAL CANTIN John W. Hill Ralph H. Petrucci Terry W. McCreary Scott S. Perry RÉAL CANTIN John W. Hill Ralph H. Petrucci Terry W. McCreary Scott S. Perr RÉAL CANTIN Dans cet ouvrage, le générique masculin est utilisé sans aucune discrimination et uniquement pour alléger le texte. Cet ouvrage est une version française de la quatrième édition de General Chemistry de John W. Hill, Ralph H. Petrucci, Terry W. McCreary et Scott S. Perry, publiée et vendue à travers le monde avec l’autorisation de Pearson Education, Inc. ©2005, Pearson Education, Inc. Tous droits réservés ©2008, Éditions du Renouveau Pédagogique Inc. Tous droits réservés On ne peut reproduire aucun extrait de ce livre sous quelque forme ou par quelque procédé que ce soit — sur machine électronique, mécanique, à photocopier ou à enregistrer, ou autrement — sans avoir obtenu au préalable la permission écrite des Éditions du Renouveau Pédagogique Inc. Dépôt légal : Bibliothèque et Archives nationales du Québec, 2008 Bibliothèque nationale et Archives Canada, 2008 Imprimé au Canada ISBN 978-2-7613-2433-5 234567890 SO 12 11 10 09 20463 ABCD SM9 DÉVELOPPEMENT DE PRODUITS SYLVAIN GIROUX SUPERVISION ÉDITORIALE JACQUELINE LEROUX TRADUCTION PIERRETTE MAYER RÉVISION LINGUISTIQUE MICHEL BOYER CORRECTION D’ÉPREUVES CAROLE LAPERRIÈRE DIRECTION ARTISTIQUE HÉLÈNE COUSINEAU COORDINATION DE LA PRODUCTION MURIEL NORMAND CONCEPTION GRAPHIQUE ET COUVERTURE MARTIN TREMBLAY ILLUSTRATIONS VOIR PAGE 495 ÉDITION ÉLECTRONIQUE INTERSCRIPT Le neuvième et dernier chapitre — La chimie de l’envi- ronnement — permet d’appliquer nombre de notions vues dans le manuel à l’étude de l’hydrosphère, des poisons, des substances cancérogènes et anticancérogènes ainsi que des matières dangereuses, des thèmes au cœur de l’actualité environnementale. Le chapitre est en outre annoté et comprend des renvois à l’ouvrage Biologie, de Campbell et Reece, et à la série Physique, de Benson. Ces références constituent des points de départ possibles pour l’étudiant qui veut réaliser un projet dans le cadre d’une activité d’intégration. Soulignons ici que notre manuel Chimie générale, des mêmes auteurs, se termine également par un chapitre sur la chimie de l’environnement, dans lequel on traite de l’atmosphère. C ’est dans le but d’encore mieux répondre aux attentes des professeurs et des étudiants et d’atteindre au plus près les objectifs de la formation collégiale que nous avons réalisé cette deuxième édition de Chimie des solutions. Les nombreuses qualités pédagogiques qui ont fait la marque de l’édition précédente et qui permettent à l’étudiant consciencieux de comprendre les principes de la chimie ainsi que leurs diverses applications dans la vie de tous les jours ont été maintenues, voire renforcées. La structure L’ouvrage est dorénavant constitué de neuf chapitres. Les huit premiers portent sur les principes de la chimie des solutions, illustrés par des applications toujours aussi significatives et des exemples concrets tirés de la chimie descriptive. Les auteurs abordent la chimie des solutions de façon systématique, particulièrement en mettant l’accent sur les liens entre les propriétés des substances et les principes étudiés antérieurement. Le chapitre 4 — Les acides, les bases et l’équilibre acidobasique — et le chapitre 5 — D’autres équilibres en solutions aqueuses: les sels peu solubles et les ions complexes —, par exemple, appliquent les notions d’équilibre présentées au chapitre 3. Avant-propos Les aspects énergétiques de la mise en solution 19 A B A B Figure 1.7 Forces intermoléculaires dans une solution La force qui s’exerce entre deux molé- cules de solvant, A, est représentée en bleu; entre deux molécules de soluté, B, en vert; et entre une molécule de solvant,A, et une molécule de soluté, B, en rouge. Comme nous allons le voir maintenant, il est possible d’associer les variations d’enthalpie du processus de dissolution en trois étapes hypothétiques aux forces d’attraction intermoléculaires. Les forces intermoléculaires dans la formation des solutions La figure 1.7 représente trois types de forces intermoléculaires dans une solution composée d’un solvant, A, et d’un soluté, B. Les forces intermoléculaires A-A se forment entre les molécules de solvant ; leur intensité détermine la variation d’enthalpie ΔH1 dans le processus de dissolution en trois étapes hypothétiques. Les forces intermoléculaires B-B sont les forces présentes entre les molécules de soluté; elles déterminent la valeur de ΔH2. Enfin, les forces entre A-B représentent celles qui s’établissent entre les molécules de solvant et de soluté; elles déterminent la valeur de ΔH3. L’importance relative de ces trois types de forces intermoléculaires constitue un facteur fondamental pour déterminer si une solution se forme entre un solvant et un soluté donnés. Examinons les quatre possibilités suivantes. 1. Toutes les forces intermoléculaires sont de même intensité. Si les trois différentes forces intermoléculaires représentées dans la figure 1.7, A-A, B-B et A-B, sont de même nature et d’intensité comparable, on s’attend alors à ce que les molécules de soluté et de solvant se mélangent au hasard pour former une solution. En outre, cette situation pourrait conduire au cas où ΔHdiss = 0 (flèche mauve), dans la fi- gure 1.6. La variation d’enthalpie globale dans la formation de la solution est nulle, et on s’attend à ce que le volume de la solution corresponde à la somme des volumes du solvant et du soluté (ΔVdiss = 0). On appelle solution idéale toute solution qui satisfait à ces exigences. Les mélanges de gaz parfaits sont des solutions idéales. Il n’existe probablement pas de solutions liquides qui remplissent parfaitement les conditions ci-dessus, mais certaines s’en approchent suffisamment pour qu’on les considère comme idéales. Le mélange des hydrocarbures qui composent l’essence en constitue un exemple. Une solution de toluène dans le benzène en est un autre. En raison des similitudes que présentent leurs structures moléculaires (figure 1.8), on s’attend à ce que les forces intermoléculaires entre le benzène et le toluène soient de grandeur comparable. Figure 1.8 Deux molécules de structures semblables Le benzène possède une structure en forme d’anneau à six atomes de carbone, chacun relié à un atome d’hydrogène. Le toluène ne diffère que par un groupement -CH3 qui remplace un des atomes d’hydrogène. C C C C C C H H H H H H C C C C C C C H H H H H H H H 2. Les forces qui s’exercent entre les molécules de soluté et de solvant sont plus importantes que les autres forces intermoléculaires. Quand cette condition est remplie (figure 1.6; flèche rouge), la valeur de ΔH3 peut excéder la somme de ΔH1 et de ΔH2. On s’attend à ce que se forme une solution avec dégagement d’énergie sous forme de chaleur. Par Solution idéale Solution dont la chaleur de dissolution est nulle et dont le volume est égal à la somme des volumes du solvant et du soluté; en général, on peut prédire les propriétés physiques d’une solution idéale à l’aide des propriétés physiques du solvant et du soluté. 1.3 9.1 412 Chapitre 9 — La chimie de l’environnement L’hydrosphère La terre est une planète d’eau. La majeure partie de sa surface est recouverte par les océans, les mers, les lacs et les rivières; l’ensemble de ces plans d’eau est appelé hydrosphère. Le corps humain est également presque entièrement composé d’eau — celle-ci représente environ les deux tiers de sa masse. L’eau contenue dans le sang est analogue à celle des océans quant à sa teneur en sel. En fait, nous sommes tout à fait semblables à des sacs d’eau de mer ambulants. Bien que des formes de vie primitive se retrouvent sur Terre dans des endroits en apparence inhospitaliers et qu’elles soient susceptibles d’exister ailleurs dans le système solaire, seule notre planète possède assez d’eau liquide pour soutenir les formes de vie supérieures telles que nous les connaissons. Toutefois, certaines de ses propriétés, en l’occurrence celles qui lui confèrent la capacité de maintenir la vie, rendent du même coup l’eau vulnérable à la pollution. De nombreux composés sont solubles dans l’eau (c’est pourquoi nous avons consacré tout le présent manuel à la chimie des solutions aqueuses). Les substances solubles sont facilement dispersées et, tôt ou tard, elles se retrouvent dans nos sources d’eau. Les éliminer, une fois qu’elles y sont, peut s’avérer très difficile. Or, un approvisionnement quotidien en eau potable est essentiel à la vie et à une bonne santé. L’eau contaminée peut causer des maladies et, dans quelques cas graves, la mort. Les eaux naturelles de la Terre L’eau possède un certain nombre de propriétés qui en font une substance unique. Rappelons les principales. • L’eau se présente généralement à l’état liquide. Elle est le seul composé qu’on trouve dans cet état de façon aussi répandue sur terre. • La glace (la forme solide de l’eau) est moins dense que l’eau liquide. Contrairement à la grande majorité des liquides, qui se contractent en passant à l’état solide, l’eau se dilate quand elle gèle. • L’eau possède une masse volumique supérieure à celle de la plupart des liquides courants; les hydrocarbures et les autres composés organiques insolubles dans l’eau et moins denses que cette dernière flottent à sa surface. • L’eau a une capacité thermique uploads/Industriel/ chimie-des-solutions-by-john-w-hill-ralph-h-petrucci-terry-w-mccreary-scott-s-perry-real-cantin.pdf