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Physique-Chimie

Chimie

Modélisation des réactions acide-base

Dans cette vidéo, on étudie une eau minérale en mesurant son pH et sa concentration en ion calcium. L'incertitude sur la mesure du pH est de 0,2, ce qui est habituel pour ce type de mesure. En utilisant la relation entre le pH et la concentration en Nuon Oxonium, on détermine que la concentration en H3O plus est entre 2,5 10,8 et 6,3 10,8 mol par litre. Ensuite, en utilisant la formule de la concentration massique et la masse molaire de H3O plus, on trouve que la concentration massique est entre 4,8 10,7 et 1,2 10,6 g par litre. On compare ensuite la concentration en ion oxonium trouvée avec celle en ion calcium donnée, en passant les concentrations en molaire et en faisant le rapport. On trouve alors qu'il y a environ 300 000 fois plus d'ion calcium que d'ion oxonium dans cette bouteille.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio. Dans cette vidéo, on va se pencher sur l'étude d'une eau minérale. Alors on souhaite effectuer différentes mesures de concentration sur une eau minérale. On mesure notamment que le pH est de 7,4 plus ou moins 0,2. Il est indiqué sur l'étiquette que cette eau minérale contient 468 mg par litre d'ion calcium, donc Ca²+. On donne d'ailleurs les valeurs suivantes, donc les différentes masses molaires en fonction des atomes considérés. On se doute qu'on va s'en servir dans la suite de l'exercice. Alors première question, déterminer l'incertitude de cette mesure. Eh bien l'incertitude, il faut l'extraire des données, elle est indiquée juste ici avec le plus ou moins, l'incertitude sur la mesure du pH, eh bien elle est de 0,2 unité près. Alors qu'est ce qu'on peut en dire? Bon, on peut avoir du mal avec ces questions, c'est toujours les questions les plus difficiles en général lorsqu'on demande commenter, vu qu'on s'attend pas trop à ça, on se demande vraiment où est-ce qu'on veut en venir. Eh bien, en fait ici, est-ce que c'est grave d'avoir, c'est un peu la question, est-ce que c'est grave au final d'avoir une incertitude de 0,2 sur la mesure du pH? Eh bien pas tant que ça, vu qu'on rappelle qu'il s'agit de l'ordre de grandeur très classique des incertitudes de relevés expérimentaux de mesure du pH, c'est-à-dire que le pHmètre donne déjà le pH à plus ou moins 0,1 unité, donc c'est de l'ordre de grandeur. Donc au final, on ne peut pas être vraiment plus précis que ça, je pense que c'est là le commentaire que l'on attend de la part du candidat. Maintenant, question 3, fournir un encadrement de la concentration en Nuon Oxonium, les valeurs seront données en mol par litre? Donc oui, en effet, on sait qu'il y a un lien totalement direct entre la concentration en Nuon Oxonium et le pH. Donc si le pH est entre deux valeurs, eh bien la concentration aussi a une incertitude dessus. Alors il s'agit maintenant de relier les deux, le pH est entre 7,2 et 7,6, or on se souvient de la formule la concentration en H3O plus 7 égale à 10 puissance moins pH, donc attention, ici c'est une fonction décroissante du pH, donc pour avoir le minimum il faut prendre la valeur maximale du pH, 10 puissance moins 7,6 et la concentration maximale c'est 10 puissance moins 7,2. Finalement, la concentration en H3O plus, elle est entre 2,5 10,8 et 6,3 10,8 mol par litre. Ensuite, déterminer la concentration en Nuon Oxonium H3O plus, on donnera la réponse en mol par litre, je pense que ça s'est confondu avec la question 3, donc la vraie question c'est la question 5, convertir maintenant cette concentration en grammes par litre. Alors ici si on examine, si on essaye de mettre le bon vocabulaire sur ce qu'on a, alors ici on a une concentration qui est molaire, c'est bien du mol par litre, donc c'est le nombre de mol de H3O plus que l'on trouve dans un litre. Maintenant on aimerait exprimer ça en grammes par litre, c'est ainsi une concentration massique, la masse de H3O plus qu'on a par litre. Or, c'est une formule classique à connaître, la relation entre la concentration molaire et la concentration massique. Elle est donnée par cette formule, la concentration massique avec un petit m, c'est la concentration molaire fois la masse molaire. Alors si, moi j'avais plusieurs techniques pour le retenir, moi je retenais de la manière suivante, qui est vraiment très peu académique, mais CM c'est égal à C fois M. C'est plutôt facile à retenir, un peu linéaire comme ça. Maintenant si on préfère le redémontrer, une toute petite démonstration sur son brouillon à côté, et bien CM c'est quoi? C'est la masse divisée par le volume, la concentration massique c'est ça. Or la masse, on sait que c'est la quantité de matière fois la masse molaire, c'est le nombre de molles fois la masse molaire, donc toujours divisée par V, et donc au final, M sur V, on sait que c'est la concentration molaire, donc c'est C fois M. Ok, maintenant on a juste à faire l'application numérique en sachant que la masse molaire de H3O plus, on étale de manière linéaire, c'est la masse de l'oxygène plus trois fois la masse d'hydrogène, donc on a finalement que la concentration massique en H3O plus, elle est entre 4,8 10,7 et 1,2 10,6 g par litre. Ok, maintenant comparer la concentration en ion oxonium trouvé avec celle en ion calcium donné. On pourrait faire un rapport massique vu qu'ici on a directement la concentration massique, mais en général là je pense qu'on nous demande une concentration, les concentrations de type molaire, donc c'est à dire résumer sur le nombre d'atomes considérés, donc on a juste à passer cette concentration en molaire, de la même manière en utilisant la masse molaire, donc on trouve une concentration en Ca2 plus dans notre eau minérale de 1,2 10,2 mol par litre, on trouve donc en faisant le rapport, environ 3,0 10 puissance 5 fois plus d'ion calcium que d'ion oxonium dans cette bouteille. Donc voilà c'est environ 300 000, il y a environ 300 000 fois plus d'ion calcium que d'ion oxonium, ça nous donne, juste en faisant des calculs comme ça, on aurait pu retenir sur une bouteille, je ne vais pas citer de marque, parce que je ne suis pas sponsorisé, mais on aurait pu totalement relever ceci et puis faire nos calculs de pH pour au final déterminer un résultat surprenant, 300 000 fois plus d'ion calcium que d'ion oxonium, ça fera une anecdote à raconter à table maintenant. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis je vous dis à bientôt!

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