Fiche de révision : CH II

📋 Plan du Cours

1. Conductance et cellule conductimétrique
2. Conductivité et loi de Kohlrausch
3. Formules topologiques et nomenclature
4. Fonctions et squelettes carbonés
5. Isomérie de constitution
6. Absorbance et loi de Beer-Lambert
7. Spectroscopies et étalonnage
8. Pression et gaz parfaits

📖 1. Conductance et cellule conductimétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule de conductimétrie : Constituée de deux conducteurs plans en regard, séparés par une distance L et possédant chacun une surface d’aire S.

★ À maîtriser

📌 Dans les métaux, le courant électrique est transporté par les électrons, tandis que dans les solutions électrolytiques il est transporté par les ions.

📐 Formule — La loi d’Ohm appliquée à la portion de solution entre les plaques s’écrit $U = RI$, et sa résistance vaut $R = \frac{U}{I}$.

📐 Formule — La conductance d’une portion de solution est l’inverse de sa résistance : $G = \frac{1}{R}$ ; elle s’exprime en siemens (S) ou en ohms puissance moins un.

Compléments

📌 On utilise une tension alternative sinusoïdale en conductimétrie afin d’éviter les phénomènes chimiques d’électrolyse aux électrodes.

💡 Astuce mémo

Métaux : électrons ; solutions : ions.

📖 2. Conductivité et loi de Kohlrausch

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité : Grandeur caractéristique de la solution, dépendant de sa nature, de sa concentration et de sa température, mais indépendante de la cellule utilisée.

★ À maîtriser

📐 Formule — La conductivité d’une solution est reliée à la conductance mesurée par $\sigma = k_{sonde} \times G$.

📐 Formule — Selon la loi de Kohlrausch, la conductivité d’une solution est la somme des contributions ioniques : $\sigma_{solution} = \sum \lambda_{ion} \times [ion]$. — Koksush, 1840-1910

Compléments

• Dans la relation de Kohlrausch, σsolution s’exprime en S·m⁻¹, λion en S·m²·mol⁻¹ et [ion] en mol·m⁻³.

📌 Les conductivités ioniques molaires dépendent de la température et caractérisent l’aptitude des ions à se déplacer en solution ; les valeurs sont recensées dans des tables à 25 °C pour des solutions suffisamment diluées, notamment à 10⁻² mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Chaque ion contribue → la conductivité totale s’additionne.

📖 3. Formules topologiques et nomenclature

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule topologique : Représentation simple des molécules organiques mettant en évidence les liaisons multiples, les substituants et les fonctions chimiques.

★ À maîtriser

📌 Dans une formule topologique, deux atomes de carbone liés sont représentés par un segment, chaque extrémité correspondant à un carbone, et deux segments consécutifs ne sont pas alignés car l’angle de liaison vaut 109,5°.

• 🔄 La nomenclature d’un alcane ramifié suit trois étapes:
  1. Choisir la chaîne carbonée la plus longue
  2. Numéroter la chaîne dans le sens donnant la plus petite somme des coefficients des groupes alkyles
  3. Nommer les groupes alkyles dans l’ordre alphabétique avec leurs préfixes multiplicateurs éventuels

Compléments

📌 Les doubles liaisons sont représentées par un double segment et les triples liaisons par un triple segment, tandis que les hydrogènes directement liés aux carbones ne sont pas représentés.

• Les alcanes linéaires ont pour formule générale $C_nH_{2n+2}$ et utilisent les préfixes méth-, éth-, prop-, but-, pent-, hex-, hept-, oct-, non- et déc-.

💡 Astuce mémo

Chaîne la plus longue → numérotation → substituants.

📖 4. Fonctions et squelettes carbonés

★ À maîtriser

• Un alcool est un hydrocarbure saturé portant une fonction alcool appelée groupe hydroxyle, notée –OH.

📌 Pour nommer un alcool, on choisit la chaîne carbonée la plus longue et on la numérote afin que le carbone portant le groupe hydroxyle ait le plus petit coefficient.

• Les trois alcools de formule brute C₄H₁₀O sont:

  • butan-1-ol, alcool primaire
  • butan-2-ol, alcool secondaire
  • 2-méthylpropan-2-ol, alcool tertiaire

• Les principales familles fonctionnelles citées sont:

  • alcool à groupe hydroxyle
  • cétone à groupe carbonyle
  • aldéhyde à groupe carbonyle
  • acide carboxylique à groupe carboxyle
  • ester
  • amine
  • amide
  • halogénoalcane

📌 Un squelette carboné est linéaire sans ramification ni cycle, ramifié lorsqu’il possède des ramifications, cyclique lorsqu’il se ferme sur lui-même et insaturé lorsqu’il contient des doubles ou triples liaisons.

Compléments

• Les cyclanes ont pour formule générale $C_nH_{2n}$ et sont nommés en ajoutant le préfixe « cyclo- ».

💡 Astuce mémo

Simple : alcane ; double : alcène ; triple : alcyne.

📖 5. Isomérie de constitution

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères de constitution : Molécules ayant la même formule brute mais des formules semi-développées ou topologiques différentes.

📝 Points essentiels

• L’acide propanoïque et l’éthanoate de méthyle sont présentés comme des molécules possédant des formules semi-développées ou topologiques différentes.

📖 6. Absorbance et loi de Beer-Lambert

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Grandeur sans unité qui mesure la capacité d’une solution à absorber la lumière ; elle augmente lorsque la lumière absorbée augmente.

★ À maîtriser

• L’absorbance dépend de la longueur d’onde de la lumière, de la concentration de la solution et de la largeur du récipient, et elle se mesure avec un spectrophotomètre.

📐 Formule — Pour une longueur d’onde et un récipient fixés, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A = K \times C$ : l’absorbance A est proportionnelle à la concentration molaire C.

Compléments

📐 Formule — Pour une longueur d’onde donnée, l’absorbance totale d’une solution est la somme des absorbances des espèces colorées : $A_{\lambda} = \sum_{i=1}^{n} K_{i,\lambda}[X_{i(aq)}]$.

💡 Astuce mémo

Concentration croissante → absorbance croissante.

📖 7. Spectroscopies et étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectroscopie infrarouge : Mesure de l’absorption du rayonnement infrarouge par un échantillon, révélant des bandes caractéristiques de certaines liaisons moléculaires.

★ À maîtriser

📌 La spectroscopie UV-visible utilise des rayonnements compris entre 100 nm et 800 nm, tandis que la spectroscopie infrarouge utilise des rayonnements compris entre 2,5 µm et 25 µm.

📌 En dosage par étalonnage, la concentration de l’espèce recherchée doit appartenir à l’intervalle des concentrations utilisées pour établir l’étalonnage.

Compléments

• En spectroscopie infrarouge, l’absorption du rayonnement fait vibrer les liaisons moléculaires, ce qui permet d’en déduire certains groupes caractéristiques.

📌 Les conductivités ioniques molaires dépendent de la température et les relations utilisées en étalonnage conductimétrique ne sont valables que pour des solutions suffisamment diluées et à une température donnée.

💡 Astuce mémo

UV-visible : absorbance ; IR : vibrations des liaisons.

📖 8. Pression et gaz parfaits

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : Modèle dans lequel les molécules sont considérées comme ponctuelles et toutes les interactions entre molécules sont négligeables.

★ À maîtriser

📐 Formule — La température absolue se convertit par $T(K) = \theta(°C) + 273{,}15$.

📐 Formule — Les variables d’état d’un gaz parfait vérifient $P \times V = n \times R \times T$, avec R = 8,314 J·K⁻¹·mol⁻¹ ou Pa·m³·K⁻¹·mol⁻¹.

📐 Formule — Le volume molaire est le volume par mole de gaz et vérifie $V_m = \frac{V}{n} = \frac{RT}{P}$ ; à pression et température données, il ne dépend pas du gaz considéré.

Compléments

📌 Le modèle du gaz parfait est valable pour de faibles pressions et pour des températures éloignées de la température de changement d’état.

• La pression s’exprime en pascals, avec 1 bar = 1,0 × 10⁵ Pa, et la pression atmosphérique vaut environ 1 013 hPa.

💡 Astuce mémo

P, V, T et n → équation d’état → volume molaire.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des méthodes spectroscopiques