Title: MPSI_Physique-Chimie / 03-Transformation chimique

Q: Définition : système physico-chimique
A: Ensemble de constituants physico-chimiques.
Exemple : \(\ce{H2O(\ell) + H2O(s) + Na+(aq) + Cl-(aq)}\)

Q: Définition : Constituant physico-chimique
A: Espèce chimique caractérisée par sa formule chimique et son état physique.
Exemples : \(\ce{H_2O (\ell)}\), \(\ce{Fe(s)}\), \(\ce{I_2(g)}\)

Q: Définition : Elément chimique
A: Ensemble des atomes ou ions qui ont le même nombre \(Z\) de protons.
Exemples : \(\ce{Fe}\), \(\ce{I}\), \(\ce{H}\)

Q: Définition : Espèce chimique
A: Ensemble d'entités chimiques identiques. Les entités peuvent être composés :
- d'un seul élement = corps simple
Exemples : \(\ce{He}\), \(\ce{Fe}\), \(\ce{O}\)
- de plusieurs éléments = corps composé
Exemples : \(\ce{H_2O}\), \(\ce{Fe_3O_4}\), \(\ce{H_3O^+}\)

Q: Nombre d'Avogadro
A: \[N_A={6,02} \times10^{23}\ \text{mol}^{-1}\]
C'est le nombre d'entités chimiques contenues dans une mole de l'espèce en question.

Q: Masse molaire d'une espèce chimique
A: \[M=\frac m n\]
-  \(m\) : masse de l'espèce chimique
-  \(n\) : Quantité de matière de l'espèce

Q: Fraction molaire d'une espèce chimique dans un système.
A: \[x_i=\frac {n_i}n\]
- \(n_i\) : quantité de matière de l'espèce
- \(n\) : quantité de matière totale dans le système

Q: Equation des gaz parfaits pour le gaz \(A_i\) avec les unités.
A: \[p_iV=n_iRT\]
- \(R=8,31 \ \text{J}\cdot \text{mol}^{-1}\cdot \text{K}^{-1}\)
-  \(p_i\) : pression partielle du gaz en Pa ;
-  \(V\) : volume du gaz en m³ ;
-  \(n_i\) : quantité de matière du gaz en mol ;
-  \(T\) : température du gaz en K.

Q: Concentration molaire d'une espèce chimique
A: \[c_i=[A_i]=\frac {n_i} V\]
- \(n_i\) : quantité de matière de l'espèce
- \(V\) : volume du système

Recto: Variables intensives et extensives
Verso: - intensives : ne dépend pas de la taille du système (T,P,concentration,...)
- extensives : proportionnelles à la taille du système (m,n,V,...)
retrouver: Les variables extensives dépendent de l'extension du système (de sa taille)

Q: Ecriture algébrique de l'équation de réaction
A: \[\sum _i \nu_iB_i=0 \]
avec  \(\nu_i<0\) pour les réactifs et \(\nu_i>0\) pour les produits.

Q: Avancement d'une réaction
A: \[\xi = \frac{\Delta n_i}{\nu_i}=\frac{n_i(t)-n_i(0)}{\nu_i}\]
ne dépend pas de l'espèce choisie
- \(\nu_i\) : coefficient stoechiométrique algébrique, positif pour les produits, négatif pour les réactifs.

Q: Activité chimique, expression dans les différents cas.
A: - Pour un espèce dillué en solution aqueuse (aq) :  \[a_i=\frac {[B_i]}{c^0}\]
- Pour une espèce gazeuse (g) :\[a_i=\frac {p_i}{p^0}\]
- Pour une phase condensée pure (s) ou (\(\ell\)) :\[a_i=1\]
- Pour le solvant (eau) :\[a_i=1\]

Q: Formule, constante d'équilibre
A: \[K=\frac {\overbrace{(a_{P_1})^{p_1}\times (a_{P_2})^{p_2}}^{\text{produits}}}{\underbrace{(a_{R_1})^{r_1}\times (a_{R_2})^{r_2}}_{\text{réactifs}}}=\prod_i(a_{B_i})^{\nu_i}\] avec \(\nu_i\) le coefficient stoechiométrique algébrique. Cette relation est uniquement valable à l'équilibre

Q: Constante d'équilibre de dissociation de l'eau
A: \[K_e= \frac{[\ce{H3O+}][\ce{HO-}]}{{c^\circ}^2}10^{-14}\]
C'est la constante d'équilibre de la réaction \[\ce{2H2O <=> H3O+ + HO-}\]

Q: Remarques sur la constante d'équilibre
A: - La constante est relié à une formule, si on change les coefficients, ça change \(K\) ;
- si \(K<10^{-4}\), on peut considérer la réaction comme peu avancée, réactifs pas consommés ;
- si \(K>10^4\), on peut considérrer la réaction comme totale, le réactif limitant est totalement consommé.

Q: Pression partielle
A: \[p_i=\frac{n_i}{n_{tot}}p_{tot}=x_ip_{tot}\]
N'a de sens que pour un mélange de gaz parfaits

Recto: Critère d'évolution d'un système lors d'une transformation chimique
Verso: - Si \(Q<K\) le système évolue dans le sens direct
- Si \(Q>K\) le système évolue dans le sens indirect
- Si \(Q=K\) le système n'évolue pas, il est à l'équilibre
retrouver: Si \(Q<K\), \(Q\) est trop petit, il doit augmenter, donc il faut plus de produits -> évolution dans le sens direct.