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• Cours complet • Exercices et problèmes corrigés • Calcul numérique MARC BLÉTR

• Cours complet • Exercices et problèmes corrigés • Calcul numérique MARC BLÉTRY • MARC PRESSET Chimie des solutions De l’élémentaire aux calculs numériques LICENCE 2&3 CHIMIE AGRÉGATION - CAPES PHYSIQUE-CHIMIE Chimie des solutions Licence Maîtrise Doctorat Chimie CaChau-herreillat D., Des expériences de la famille Acide-Base. 3e éd. CaChau-herreillat D., Des expériences de la famille Red-Ox. 2e éd. Chaquin P., Volatron F., Chimie organique : une approche orbitalaire Chaquin P., Volatron F., La théorie des groupes en chimie DePoVere P., Chimie générale. 3e éd. DePoVere P., Chimie organique. 2e éd. GirarD F., GirarD J., Chimie inorganique et générale Kiel M., L’oxydoréduction MartinanD-lurin É., Grüber r., 40 expériences illustrées de chimie générale et organique MCMurry J., beGley t., Chimie organique des processus biologiques MoussarD C., Biochimie structurale et métabolique. 3e éd. MoussarD C., Biologie moléculaire. Biochimie des communications cellulaires MoussarD C., Gibey r., bÉnÉDini M., QCM de biochimie et de biologie moléculaire PiarD J., Chimie générale expérimentale. Tout pour réussir les TP aux concours rabasso n., Chimie organique. Généralités, études des grandes fonctions et méthodes spectroscopiques. 2e éd. rabasso n., Chimie organique. Hétéroéléments, stratégies de synthèse et chimie organométallique. 2e éd. Physique aslanGul C., Mécanique quantique 1. Fondements et premières applications. 3e éd. aslanGul C., Mécanique quantique 2. Développements et applications à basse énergie. 4e éd. aslanGul C., Mécanique quantique 3. Corrigés détaillés et commentés des exercices et problèmes. 2e éd. beCherrawy t., Optique géométrique biÉMont É., Spectroscopie atomique. Instrumentation et structures atomiques biÉMont É., Spectroscopie moléculaire. Structures moléculaires et analyse spectrale ChaMPeau r.-J., CarPentier r., lorGerÉ i., Ondes lumineuses. Propagation, optique de Fourier, cohérence Mayet F., Physique nucléaire appliquée rieutorD M., Une introduction à la dynamique des fluides taillet r., Optique physique. Propagation de la lumière. 2e éd. watsKy a., Thermodynamique macroscopique Marc Blétry et Marc Presset Chimie des solutions De l’élémentaire aux calculs numériques Pour toute information sur notre fonds et les nouveautés dans votre domaine de spécialisation, consultez notre site web : www.deboecksuperieur.com © De Boeck Supérieur s.a., 2019 Rue du Bosquet, 7 – B-1348 Louvain-la-Neuve Tous droits réservés pour tous pays. Il est interdit, sauf accord préalable et écrit de l’éditeur, de reproduire (notamment par photocopie) partiellement ou totalement le présent ouvrage, de le stocker dans une ban- que de données ou de le communiquer au public, sous quelque forme et de quelque manière que ce soit. ISBN : 978-2-8073-2305-6 Dépôt légal : Bibliothèque Nationale, Paris : février 2019 Bibliothèque royale de Belgique, Bruxelles : 2019/13647/026 Préambule Ce livre, comme tous les livres, a une histoire et des objectifs. L’histoire commence quand l’un des deux auteurs (Marc) a reçu la charge de créer un module de chimie des solutions pour la deuxième année de licence de chimie. Cet exercice a provoqué la rédaction de ce qui devait constituer un simple polycopié mais dont la taille a rapidement dépassé ce qui était concevable pour un « poly ». Par ailleurs, les questions des étudiants telles que « quel livre peut-on trouver pour travailler le cours ? » 1 ont amené une conclusion : il n’existait pas d’ouvrage qui prenait exactement la même approche que nous, malgré le très grand nombre de sources disponibles (souvent excellentes par ailleurs). Une frustration s’en est suivie qui a conduit à l’idée d’écrire nous-mêmes le livre que nous aurions voulu pouvoir recommander à nos étudiants. Ce qui nous conduit aux objectifs. Ce livre veut relever le déﬁdélicat de prendre la question de la chimie des solutions depuis une initiation de base jusqu’à des aspects modernes rarement trouvés dans les livres de cours, en proposant exemples et exercices pour assimiler au mieux toutes ces notions. La première partie présente les concepts élémentaires (rappels/résumé de thermody- namique, premier chapitre) et les méthodes de résolution ainsi que certaines généralités sur les solutions (deuxième chapitre). Puis la deuxième partie introduit tous les types d’équilibres qui constituent le cœur de la discipline : questions de solubilité et de précipitation (chapitre 3), équilibres acido- basiques (chapitre 4), complexation (chapitre 5), oxydo-réduction (chapitre 6) et inter- actions de tous ces équilibres entre eux (chapitre 7). L’angle adopté est de présenter de manière aussi systématique que possible les concepts clefs et les méthodes de calcul qui peuvent être mises en œuvre (résolution exacte, approchée, méthode des réactions pré- pondérantes) pour permettre l’assimilation de chacune d’entre elles. Nous avons fait le choix d’introduire l’outil du calcul numérique via un logiciel libre : Scilab. Des exemples de résolution sous Scilab sont donnés tout au long de cette partie pour permettre au lecteur l’apprentissage de ces techniques, qui seront approfondies plus loin. La troisième partie concerne la question des dosages, là encore dans une démarche aussi systématique que possible, en commençant par des considérations générales (chapitre 8) puis en abordant la modélisation des titrages (chapitre 9), les dosages conductimétriques et spectrophotométriques (chapitre 10) et l’exploitation des résultats (chapitre 11). 1. Nous ne nous répandrons pas en hypothèses sur la nécessité d’un livre pour compléter les cours que nous donnons par ailleurs, il existe plusieurs réponses possibles, vexantes pour l’enseignant, critique ou laudative pour l’étudiant... à chacun de se faire son idée ! v Préambule Enﬁn, la quatrième partie propose une première approche d’aspects plus avancés. On commence par une initiation aux techniques de modélisation numérique des équilibres en solution idéale en utilisant toujours Scilab (chapitre 12) puis on examine la question des solutions non idéales, en incluant quelques modèles très récents mais d’usage rai- sonnablement simple. Le chapitre 13 est l’occasion d’étudier la question de la résolution numérique des équilibres dans le cadre des solutions non idéales et le dernier chapitre aborde la question de la chimie des solutions non aqueuses. En annexe on trouvera, outre un index et des références bibliographiques, un ensemble de données utiles au chimiste (tableaux de constantes, principalement), une très brève présentation de Scilab, y compris des éléments de programmation, et les corrigés et réponses à certains exercices, qui peuvent être complétés par un document supplémentaire disponible sur internet. Cet ouvrage pourra constituer un compagnon dans les licences et masters scientiﬁques qui s’intéressent de près ou de loin à la chimie, ainsi que pour les étudiants en classe préparatoire des séries scientiﬁques ou préparant les concours d’enseignement (CAPES, agrégation), leurs enseignants, ou encore pour les chercheurs, professionnels voire les curieux désireux de s’initier à la chimie des solutions. Et il n’est pas à exclure – on peut même l’espérer – que le lecteur entre dans plusieurs de ces catégories. Notamment celle des curieux. Car en quoi la chimie des solutions peut- elle être vue comme intéressante ? Suivant la tournure d’esprit de chacun, on pourra y trouver l’occasion de jeux formels plus ou moins compliqués, ou bien celle d’apprendre des considérations fondamentales pour la mise en œuvre d’appareillages et de techniques rencontrés dans les laboratoires, ou encore la découverte d’une discipline qui touche à des questions aussi diverses que la géochimie, le vivant, la chimie industrielle, les questions d’endommagement des matériaux par corrosion, le domaine médical et tant et plus encore de questions variées. Enﬁn, la chimie des solutions est une discipline à part entière, qui pose encore nombre de questions de tous ordres, expérimentales comme théoriques, fondamentales comme appliquées, et qui ne sauraient être abordées sans une solide initiation. C’est ce que nous espérons vous oﬀrir ici... Pour ﬁnir, nous voudrions remercier tous nos collègues et étudiants qui nous ont permis d’en arriver à la rédaction de cet ouvrage, et tout particulièrement le Pr Ivan Guillot qui a lancé Marc (celui du début) sur la trajectoire aboutissant ici et fourni la matière de quelques exercices, ainsi que nos proches, qui ont supporté le temps passé à l’écriture, aux corrections, aux relectures, et autres calculs interminables... Marc Blétry et Marc Presset vi Table des matières Préambule v I Aspects fondamentaux 1 1 Rappels de thermochimie 3 1.1 Déﬁnitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Premier principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Deuxième principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 Enthalpie libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5 Équilibre et évolution d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.6 Retour sur ce qui vient d’être dit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Sante/ chimie-des-solutions.pdf