QCM : Thermodynamique des solutions macromoléculaires — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Concernant le potentiel chimique du solvant dans une solution idéale de macromolécules :

Le terme correct associé au polymère est (1−1X)ϕ1\left(1-\frac{1}{X}\right)\phi_1.
Il contient le facteur 1−1X1-\frac{1}{X} associé à la fraction du polymère.
Il dépend logarithmiquement de la fraction volumique du solvant.
Le potentiel chimique s’écrit sans facteur multiplicatif RTRT.
Il s’écrit Δμ1=RT[ln⁡ϕ1+(1−1X)ϕ2]\Delta\mu_1=RT\left[\ln\phi_1+\left(1-\frac{1}{X}\right)\phi_2\right].

Il contient le facteur $$1-\frac{1}{X}$$ associé à la fraction du polymère. · Il dépend logarithmiquement de la fraction volumique du solvant. · Il s’écrit $$\Delta\mu_1=RT\left[\ln\phi_1+\left(1-\frac{1}{X}\right)\phi_2\right]$$.

Explication

Le potentiel chimique du solvant suit Δμ1=RT[ln⁡ϕ1+(1−1X)ϕ2]\Delta\mu_1=RT\left[\ln\phi_1+\left(1-\frac{1}{X}\right)\phi_2\right]. Le terme correct contient donc ϕ2\phi_2 multiplié par 1−1X1-\frac{1}{X}.

2. À propos des solutions idéales de petites molécules :

L’entropie de mélange s’écrit ΔSM=R(n1ln⁡x1+n2ln⁡x2)\Delta S_M=R(n_1\ln x_1+n_2\ln x_2).
Une solution idéale vérifie ΔHM=0\Delta H_M=0.
L’énergie libre de mélange s’écrit ΔGM=−RT(n1ln⁡x1+n2ln⁡x2)\Delta G_M=-RT(n_1\ln x_1+n_2\ln x_2).
La température varie nécessairement lors de la formation d’une solution idéale.
Une solution idéale se forme sans variation de volume.

Une solution idéale vérifie $$\Delta H_M=0$$. · Une solution idéale se forme sans variation de volume.

Explication

Une solution idéale se forme sans variation de volume ni de température et vérifie ΔHM=0\Delta H_M=0. Pour les petites molécules, l’entropie suit l’expression donnée, tandis que l’énergie libre vaut RT(n1ln⁡x1+n2ln⁡x2)RT(n_1\ln x_1+n_2\ln x_2). La fraction volumique dépend des volumes et peut être approximée par la fraction molaire lorsque les volumes molaires sont similaires.

3. Concernant le potentiel chimique des constituants d’une solution, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La grandeur Δμ1\Delta\mu_1 est obtenue par dérivation selon n2n_2.
La grandeur Δμ1\Delta\mu_1 concerne le solvant.
La grandeur Δμ2\Delta\mu_2 concerne le soluté.
Les potentiels Δμ1\Delta\mu_1 et Δμ2\Delta\mu_2 correspondent à une même espèce.
Le potentiel chimique dérive de l’énergie libre de mélange par rapport à une quantité de matière.

La grandeur $$\Delta\mu_1$$ concerne le solvant. · La grandeur $$\Delta\mu_2$$ concerne le soluté. · Le potentiel chimique dérive de l’énergie libre de mélange par rapport à une quantité de matière.

Explication

Le potentiel chimique est défini par la dérivée de l’énergie libre de mélange selon la quantité de matière de l’espèce considérée. Ainsi, Δμ1\Delta\mu_1 se rapporte au solvant et Δμ2\Delta\mu_2 au soluté. Les deux potentiels ne correspondent donc pas à la même dérivée.

4. Concernant les fractions utilisées pour décrire les solutions idéales, quelle(s) est(sont) la(les) proposition(s) exacte(s) ?

La fraction volumique est définie par ϕi=ViV1+V2\phi_i=\frac{V_i}{V_1+V_2}.
La fraction volumique est définie par le rapport entre nin_i et n1+n2n_1+n_2.
Des volumes molaires similaires permettent d’approximer ϕi≃xi\phi_i\simeq x_i.
La fraction volumique et la fraction molaire reposent sur des grandeurs différentes.
La fraction molaire dépend directement des volumes des constituants.

La fraction volumique est définie par $$\phi_i=\frac{V_i}{V_1+V_2}$$. · Des volumes molaires similaires permettent d’approximer $$\phi_i\simeq x_i$$. · La fraction volumique et la fraction molaire reposent sur des grandeurs différentes.

Explication

La fraction volumique du constituant ii est définie par ϕi=ViV1+V2\phi_i=\frac{V_i}{V_1+V_2}. Pour les petites molécules, des volumes molaires similaires permettent d’approximer ϕi≃xi\phi_i\simeq x_i. La fraction volumique dépend des volumes, alors que la fraction molaire dépend du nombre de molécules.

5. Concernant la relation entre volume exclu et paramètre d’interaction, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La relation s’écrit u=2(χ12−12)V20M22NAF(X)u=2\left(\chi_{12}-\frac{1}{2}\right)V_2^0\frac{M_2^2}{N_A}F(X).
Le volume exclu contient le facteur 12−χ12\frac{1}{2}-\chi_{12}.
La fonction de longueur de chaîne vérifie approximativement F(X)≃1F(X)\simeq1.
La relation comporte le terme M22NA\frac{M_2^2}{N_A}.
Pour χ12=0,5\chi_{12}=0,5, le volume exclu devient nul.

Le volume exclu contient le facteur $$\frac{1}{2}-\chi_{12}$$. · La fonction de longueur de chaîne vérifie approximativement $$F(X)\simeq1$$. · La relation comporte le terme $$\frac{M_2^2}{N_A}$$. · Pour $$\chi_{12}=0,5$$, le volume exclu devient nul.

Explication

La relation correcte est u=2(12−χ12)V20M22NAF(X)u=2\left(\frac{1}{2}-\chi_{12}\right)V_2^0\frac{M_2^2}{N_A}F(X) avec F(X)≃1F(X)\simeq1. Lorsque χ12=0,5\chi_{12}=0,5, le facteur 12−χ12\frac12-\chi_{12} s’annule et le volume exclu devient nul.

6. Concernant l’effet du paramètre χ12\chi_{12} sur la miscibilité des polymères :

Une valeur χ12<0,5\chi_{12}<0,5 correspond à une solution miscible.
Une valeur χ12>0,5\chi_{12}>0,5 correspond à une démixtion.
Une valeur χ12>0,5\chi_{12}>0,5 caractérise un mauvais solvant.
À température donnée, la valeur de χ12\chi_{12} influence l’état de miscibilité.
Une valeur χ12<0,5\chi_{12}<0,5 caractérise un mauvais solvant.

Une valeur $$\chi_{12}<0,5$$ correspond à une solution miscible. · Une valeur $$\chi_{12}>0,5$$ correspond à une démixtion. · Une valeur $$\chi_{12}>0,5$$ caractérise un mauvais solvant. · À température donnée, la valeur de $$\chi_{12}$$ influence l’état de miscibilité.

Explication

À température donnée, χ12<0,5\chi_{12}<0,5 correspond à une miscibilité, tandis que χ12>0,5\chi_{12}>0,5 correspond à une démixtion. Ces valeurs caractérisent respectivement un bon et un mauvais solvant.

7. Un polymère dissous est soumis à un ajout progressif de non-solvant. Quelles propositions décrivent correctement le fractionnement obtenu ?

Les chaînes de masses plus faibles précipitent avant les chaînes de plus fortes masses.
Les chaînes les moins solubles précipitent en premier.
L’addition progressive d’un non-solvant permet de fractionner le polymère.
Les chaînes de plus fortes masses précipitent avant les chaînes plus légères.
Le fractionnement repose sur une précipitation successive des populations de chaînes.

Les chaînes les moins solubles précipitent en premier. · L’addition progressive d’un non-solvant permet de fractionner le polymère. · Les chaînes de plus fortes masses précipitent avant les chaînes plus légères. · Le fractionnement repose sur une précipitation successive des populations de chaînes.

Explication

L’ajout progressif d’un non-solvant précipite d’abord les chaînes les moins solubles, qui sont les plus massives. Les chaînes de masses plus faibles précipitent ensuite.

8. Parmi les propositions suivantes concernant l’homogénéité des solutions, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une solution hétérogène peut résulter de l’insolubilité du soluté.
Une solution homogène contient un soluté soluble dans le solvant.
Une solution hétérogène correspond à une solubilité complète du soluté.
Une précipitation peut accompagner une solution hétérogène.
Une valeur ΔGM<0\Delta G_M<0 favorise une séparation de phase.

Une solution hétérogène peut résulter de l’insolubilité du soluté. · Une solution homogène contient un soluté soluble dans le solvant. · Une précipitation peut accompagner une solution hétérogène.

Explication

Une solution homogène correspond à la solubilité du soluté dans le solvant. L’insolubilité peut produire une solution hétérogène, avec précipitation ou séparation de phase. Le signe de ΔGM\Delta G_M est également associé à la stabilité du mélange : une valeur négative favorise l’homogénéité, tandis qu’une valeur positive favorise la séparation.

9. Concernant le paramètre d’interaction de Flory-Huggins, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le paramètre dépend de la différence d’énergie d’interaction Δε12\Delta\varepsilon_{12}.
La température intervient au dénominateur sous la forme RTRT.
La relation s’écrit χ12=(z−2)Δε12RT\chi_{12}=(z-2)\frac{\Delta\varepsilon_{12}}{RT}.
Le paramètre est défini par χ12=zRTΔε12\chi_{12}=z\frac{RT}{\Delta\varepsilon_{12}}.
Le facteur de coordination utilisé est z−2z-2.

Le paramètre dépend de la différence d’énergie d’interaction $$\Delta\varepsilon_{12}$$. · La température intervient au dénominateur sous la forme $$RT$$. · La relation s’écrit $$\chi_{12}=(z-2)\frac{\Delta\varepsilon_{12}}{RT}$$. · Le facteur de coordination utilisé est $$z-2$$.

Explication

Le paramètre d’interaction est défini par χ12=(z−2)Δε12RT\chi_{12}=(z-2)\frac{\Delta\varepsilon_{12}}{RT}. Le facteur de coordination est donc z−2z-2 et l’énergie d’interaction est rapportée à RTRT.

10. Quelles sont les réponses exactes au sujet du point critique de miscibilité ?

Le paramètre critique vaut χc=12(1+1X)2\chi_c=\frac{1}{2}\left(1+\frac{1}{\sqrt{X}}\right)^2.
La miscibilité générale est déterminée par χc\chi_c sans considérer la composition.
La composition critique du polymère vaut ϕ2c=X\phi_{2c}=\sqrt{X}.
Le point critique est défini par une valeur critique de χ\chi et une composition critique.
La composition critique du polymère vaut ϕ2c=1X\phi_{2c}=\frac{1}{\sqrt{X}}.

Le paramètre critique vaut $$\chi_c=\frac{1}{2}\left(1+\frac{1}{\sqrt{X}}\right)^2$$. · Le point critique est défini par une valeur critique de $$\chi$$ et une composition critique. · La composition critique du polymère vaut $$\phi_{2c}=\frac{1}{\sqrt{X}}$$.

Explication

Le point critique est défini simultanément par χc=12(1+1X)2\chi_c=\frac{1}{2}\left(1+\frac{1}{\sqrt{X}}\right)^2 et ϕ2c=1X\phi_{2c}=\frac{1}{\sqrt{X}}. Il ne doit pas être confondu avec le critère général de miscibilité fondé sur χ12\chi_{12} et la composition.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 37 flashcards sur Thermodynamique des solutions macromoléculaires.

Quelle formule exprime la variation d'énergie libre de mélange ?

La variation d'énergie libre de mélange est ΔGM=ΔHM−TΔSM\Delta G_M=\Delta H_M - T\Delta S_M.

Que détermine la variation d'énergie libre de mélange ?

Elle détermine la stabilité du mélange.

Qu'est-ce qui différencie une solution homogène d'une hétérogène ?

La solubilité du soluté dans le solvant différencie les deux solutions.

Voir les flashcards →

Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Thermodynamique des solutions macromoléculaires.

Voir la fiche →

Cours similaires

Photosynthèse et flux d’énergie

SVT

Politique de santé publique

Circuits électriques et sécurité

Physique

Proportions, pourcentages et rationnels

Mathématiques

Biologie cellulaire et tissulaire

SVT

Fractions irréductibles

Mathématiques

Crée tes propres QCM

Importe ton cours et l'IA génère des QCM avec corrections en 30 secondes.

Générateur de QCM