Chimie et la Méthode Scientifique | Chimie générale 1

La méthode scientifique :

Une méthode empirique dans laquelle les observations donnent naissance à des lois, les données engendrent des hypothèses, les hypothèses sont testées par des expériences, les données sont collectées, des conclusions sont tirées et les hypothèses réussies donnent naissance à des théories

La notation scientifique :

Une manière d'écrire des nombres extrêmement grands ou extrêmement petits. Un nombre est écrit en notation scientifique lorsqu'il est exprimé comme N x 10ⁿ où N est un nombre entre 1 et 10 et n est un entier positif ou négatif
 

850,000,000 = 8.5 x 10⁸ en notation scientifique
0.0000023 = 2.3 x 10^-6 en notation scientifique

La chimie est l'étude de la matière et des changements que subit la matière. Les propriétés d'une substance peuvent être quantitatives (mesurées et exprimées avec un nombre) ou qualitatives (n'impliquant pas de nombres)

Propriétés physiques vs. chimiques

Une propriété physique est une propriété qui peut être déterminée sans changer l'identité d'une substance
Une propriété chimique est une propriété qui ne peut être déterminée qu'à la suite d'un processus chimique. La substance originale est convertie en une substance différente
 

Propriétés physiques : couleur, état physique, point de fusion, point d'ébullition
Propriétés chimiques : inflammabilité, combustibilité, états d'oxydation, enthalpie de formation

Propriétés intensives vs. extensives

Une propriété intensive est une propriété indépendante de la quantité de substance
Une propriété extensive est une propriété directement proportionnelle à la quantité de matière
 

Propriétés intensives : densité, couleur, température, dureté, point de fusion
Propriétés extensives : masse, volume, poids, longueur

La chimie est l'étude de la matière et des changements que la matière subit. Les propriétés d'une substance peuvent être quantitatives (mesurées et exprimées avec un nombre) ou qualitatives (ne impliquant pas de nombres)

Propriétés physiques vs. propriétés chimiques

Une propriété physique est une propriété qui peut être déterminée sans changer l'identité d'une substance
Une propriété chimique est une propriété qui ne peut être déterminée qu'à la suite d'un processus chimique. La substance originale est convertie en une substance différente
 

Propriétés physiques : couleur, état physique, point de fusion, point d'ébullition
Propriétés chimiques : inflammabilité, combustibilité, états d'oxydation, enthalpie de formation

Propriétés intensives vs. propriétés extensives

Une propriété intensive est une propriété indépendante de la quantité d'une substance
Une propriété extensive est une propriété directement proportionnelle à la quantité de matière
 

Propriétés intensives : densité, couleur, température, dureté, point de fusion
Propriétés extensives : masse, volume, poids, longueur

Unités de base SI

Le système d'unités préféré utilisé dans le travail scientifique est le système métrique. Toutes les mesures sont exprimées en termes d'un ensemble d'unités métriques appelées unités SI (Système International d'unités). Il existe 7 unités de base SI :

• longueur ⇒ mètre = m
• masse ⇒ kilogramme = kg
• température ⇒ kelvin = K
• temps ⇒ seconde = s
•  courant électrique ⇒ ampère = A
• quantité de substance ⇒ mole = mol
• intensité lumineuse ⇒ candela = cd

Préfixes utilisés avec les unités SI

Dans le système métrique, les désignations de multiples et de subdivisions de toute unité peuvent être obtenues en ajoutant un préfixe au nom de l'unité. Les préfixes communs pour les unités SI sont :
 

Température (T)

Deux échelles de température sont utilisées en chimie : l'échelle Kelvin (unité SI K) et l'échelle Celsius (°C). En dehors des cercles scientifiques, l'échelle Fahrenheit est la plus utilisée aux États-Unis

T (en K) = T (en °C) + 273,15

T (en °F) = $\frac{9}{5}$ x T (en °C) + 32,0

Volume (V) et densité (d)

L'unité dérivée SI pour le volume est le mètre cube (m³) mais une mesure plus pratique du volume est le litre (L)
1L = 1 dm³ et 1 m³ = 1000 L

La densité est le rapport de la masse au volume et est généralement exprimée en kg.m^-3
 

Énergie (E) et Puissance

L'énergie peut être définie comme la capacité de provoquer un changement dans un système physique. Cette quantité est exprimée en joule (J) qui équivaut à kg.m².s^-2
Loi de la conservation de l'énergie: E_totale = E_k + E_p = constante

Énergie Cinétique (E_k): énergie associée à un objet en mouvement
 

La puissance peut être définie comme le taux auquel l'énergie est produite ou utilisée. Cette quantité est exprimée en watt (W) qui équivaut à J.s^-1

Précision vs. exactitude

La précision se réfère à la proximité d'une série de mesures répliquées entre elles
L'exactitude se réfère à la proximité d'une mesure/résultat avec la valeur réelle. L'erreur en pourcentage peut être utilisée pour mesurer l'exactitude :
 

Chiffres significatifs :

Les chiffres significatifs dans une valeur mesurée ou calculée spécifient l'incertitude de la mesure. Les règles pour déterminer le nombre de chiffres significatifs sont :
 

• Les chiffres non nuls sont toujours significatifs
• Tout zéro entre deux chiffres significatifs est significatif
• Les zéros à gauche du premier chiffre non nul ne sont pas significatifs
• Les zéros à droite du dernier chiffre non nul sont significatifs si le nombre contient un point décimal
• Les zéros à droite du dernier chiffre non nul dans un nombre sans point décimal peuvent être significatifs ou non ⇒ la notation scientifique devrait être utilisée pour éviter l'ambiguïté dans de tels cas

0,051 a 2 chiffres significatifs
0,0510 a 3 chiffres significatifs
5,100 x 10³ a 4 chiffres significatifs

Les nombres qui peuvent être comptés exactement sont considérés comme des nombres exacts. Ils n'ont pas de limite de précision (peuvent être traités comme ayant un nombre infini de chiffres significatifs) et ne limitent pas le nombre de chiffres significatifs dans un résultat calculé
 

10 personnes dans une pièce ⇒ nombre exact ⇒ nombre infini de chiffres significatifs

Addition et soustraction :

1. Compter le nombre de chiffres significatifs dans la partie décimale de chaque nombre
2. Additionner ou soustraire de manière normale
3. La réponse finale ne peut pas avoir plus de chiffres significatifs à droite du point décimal que l'un des nombres originaux

5,05 - 3,229 = 1,821
5,05 ⇒ 2 chiffres après le point décimal
3,229 ⇒ 3 chiffres après le point décimal
La réponse finale ne peut avoir plus de 2 chiffres après le point décimal et doit donc être arrondie à 1,82 

Multiplication et division :

1. Compter le nombre de chiffres significatifs de chaque nombre
2. Multiplier ou diviser de manière normale
3. Le nombre de chiffres significatifs dans la réponse finale est déterminé par le nombre original qui a le moins de chiffres significatifs

2,1 x 0,0568 = 0,11928
2,1 ⇒ 2 chiffres significatifs
0,0568 ⇒ 3 chiffres significatifs
La réponse finale doit avoir 2 chiffres significatifs et doit donc être arrondie à 0,12

Facteur de conversion :

Une fraction dans laquelle la même quantité est exprimée d'une manière au numérateur et d'une autre manière au dénominateur. Comme le numérateur et le dénominateur expriment la même quantité, cette fraction est égale à 1
 

$\frac{3600 \mathrm{s}}{1 \mathrm{heure}}$ est le facteur de conversion pour convertir des heures en secondes.

Analyse dimensionnelle :

L'utilisation de facteurs de conversion dans la résolution de problèmes pour convertir un type d'unité en un autre, tout en conservant la même quantité.
 

Convertir 2.0 m³ en litres :

Facteurs de conversion : $\frac{1000 {\mathrm{dm}}^3}{1 {\mathrm{m}}^3}$ et $\frac{1 \mathrm{L}}{1 {\mathrm{dm}}^3}$.

Analyse dimensionnelle : 2.0 m³ x $\frac{1000 {\mathrm{dm}}^3}{1 {\mathrm{m}}^3}$ x $\frac{1 \mathrm{L}}{1 {\mathrm{dm}}^3}$ = 2000 L
Réponse : 2.0 m³ = 2000 L

Convertir 50 milles par heure en m.s^-1:

Facteurs de conversion :  $\frac{1.61 \mathrm{km}}{1 \mathrm{mille}}$ ; $\frac{1000 \mathrm{m}}{1 \mathrm{km}}$ ; $\frac{1 \mathrm{heure}}{3600 \mathrm{s}}$.

Analyse dimensionnelle : 50 milles par heure = $\frac{50 \mathrm{miles}}{1 \mathrm{heure}}$ x $\frac{1.61 \mathrm{km}}{1 \mathrm{mille}}$ x $\frac{1000 \mathrm{m}}{1 \mathrm{km}}$ x $\frac{1 \mathrm{heure}}{3600 \mathrm{s}}$ = 22.4 m.s^-1

Réponses : 50 milles.par heure = 22.4 m.s^-1