Concepts de base
Dans ce tutoriel, vous apprendrez ce qu’est l’analyse dimensionnelle dans le domaine de la chimie, comment l’utiliser, voir des exemples et apprendre comment elle peut être appliquée à la chimie.
Sujets abordés dans d’autres articles
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- Qu’est-ce qu’une réaction chimique ?
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- Comment calculer la molarité
Qu’est-ce que l’analyse dimensionnelle ?
Quelle est la définition de l’analyse dimensionnelle ? L’analyse dimensionnelle est une compétence essentielle largement utilisée dans le domaine de la chimie. L’utilisation de cette technique permet de répondre à des questions telles que : “De quelle quantité de ce produit chimique ai-je besoin dans ma réaction ?” et “Quelle est la concentration de ma solution ?”. Dans sa forme la plus simple, l’analyse dimensionnelle consiste à annuler méthodiquement les unités. Prenons l’exemple ci-dessous :
Si 2Rouge = 1Bleu,
4Rouge est…
4Rouge/1 * 1Bleu/2Rouge = 2Bleu*
Dans des applications plus concrètes, l’analyse dimensionnelle est utilisée pour convertir entre différentes unités de mesure et trouver des caractéristiques inconnues à partir de celles que nous connaissons.
Conversions d’unités
Il est souvent nécessaire de convertir des unités de mesure. Les unités de mesure sont utilisées pour définir les qualités d’un objet.
- Un bloc d’or pèse 12 kilogrammes.
- Le récipient contient 150 millilitres d’eau.
Vous rencontrerez des unités impériales et des unités SI (Système international). Les unités impériales sont des mesures telles que les pieds, les pouces et les livres. Les unités SI sont des mesures telles que les mètres, les centimètres et les kilogrammes. Les unités SI sont les plus courantes en chimie ; en outre, l’une des unités de mesure les plus importantes est la mole (mol).
Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des relations entre ces unités que vous pourrez trouver dans diverses sources, telles que les manuels scolaires, ou en ligne :
| Unités impériales | ||
| Quantité | Unité de mesure | Relation |
| Longueur | Mile, mi Yard, yd Pieds, ft Pouces, in | 1 mi = 1760 yd 1 yd = 3 ft 1 ft = 12 in |
| Poids | Livre, lb Once, oz | 1 lb = 12 oz |
| Volume | Gallon, gal Quart, qt Pinte, pt Tasse, c | 1 gal = 4 qt 1 qt = 2 pt 1 pt = 2 c |
| Unités SI | ||
| Quantité | Unité de mesure | Relation |
| Longueur | Mètres, m Centimètres, cm Millimètres, mm Nanomètres, nm | 1 m = 100 cm = 102 cm 1 cm = 10 mm 1 mm = 106 nm |
| Poids | Kilogrammes, kg Grammes, g Milligramme, mg Microgrammes, ug | 1 kg = 1000 g = 103 g 1 g = 103 mg 1 mg = 103 mg |
| Volume | Litres, L Millilitres, ml | 1 L = 1000 ml = 103 ml |
En outre, il est également possible de faire des conversions entre les deux systèmes de mesure.
Si le bloc d’or pèse 12 kilogrammes, combien de livres pèse-t-il ?
1,0 livre équivaut à environ 0,45 kilogramme, nous trouvons donc …
12kg/1 * 1,0lb/0,45kg = 26lbs
La relation 1,0lbs = 0,45kg est d’abord réécrite sous forme de rapport.
Lorsque vous écrivez le rapport, placez kg au dénominateur et lbs au numérateur afin que kgs s’annule par la suite et qu’il ne reste que lbs dans notre réponse.
1,0lb = 0,45kg → 1,0lb/0,45kg
Ensuite, nous multiplions notre valeur connue, 12kg, par le rapport 1,0lb/0,45kg
12kg/1 * 1,0lb/0,45kg = 26lbs
Il nous reste la solution : Pour 12 kilogrammes, il y a 26 livres.
Recherche d’inconnues
L’analyse dimensionnelle n’est pas seulement utile pour convertir une unité en une autre, elle peut aussi aider à résoudre un certain nombre de propriétés différentes. Il est important de savoir comment des quantités telles que la masse, le volume et la densité sont liées :
| Quantité | Relation |
| Densité | masse/volume |
| Énergie | force * distance |
| Volume | surface * longueur |
| Pression | force/surface |
Il est également de plus en plus important de faire attention aux unités de mesure.
S’il y a 150mL d’eau dans un récipient, et que l’eau dans le récipient pèse 150g, quelle est la densité de l’eau ?
Densité = masse/volume = grammes/millilitre
Dans ce cas, la masse est exprimée en grammes et le volume en millilitres.La densité est définie comme le rapport masse/volume. Dans ce cas, la densité est donc égale à grammes/millilitres.
DensitéH2O = 150g/150mL = 1,0g/mL
La densité de l’eau est de 1g/mL.
Exemples d’analyse dimensionnelle en chimie
En chimie, l’analyse dimensionnelle peut être utilisée de la manière décrite ci-dessus, mais elle peut également être utilisée pour relier les quantités de produits chimiques dans une réaction. Des rapports peuvent être créés à l’aide de relations stœchiométriques.
CaI2(s) → Ca2+(aq) + 2I–(aq)
Puisqu’il y a deux moles d’iodure (I– ) pour chaque mole d’iodure de calcium (CaI2), le rapport suivant peut être écrit :
2molI– / 1molCaI2
Combien de moles d’ions iodure sont produites lorsque 4 moles de CaI2 sont entièrement dissoutes ?
(4molCaI2 / 1) * (2molI– / 1molCaI2) = 8molI–
Pour un tutoriel plus approfondi, voir Résoudre des problèmes de stœchiométrie.
Exercices d’analyse dimensionnelle
Problème 1
Vous mélangez 2,00mol de MgCl2 dans une solution contenant un excès d’AgNO3, le MgCl2 est donc votre réactif limitant. En supposant un rendement, de 100 %, quelle quantité d’AgCl devriez-vous produire, en grammes ? (Le poids moléculaire de l’AgCl est de 143,32g/mol.
MgCl2 et AgNO3 réagissent selon l’équation suivante :
MgCl2 + 2AgNO3 → Mg(NO3)2 + 2AgCl
Problème 2
À température et pression normales (STP), un gaz idéal occupe 22,4L par mole de particules de gaz (22,4L/1mol). Si vous sublimez 30,0g de CO2 solide en gaz, quel serait le volume résultant du CO2 sous STP ? (Le CO2 a un poids moléculaire de 44,01g/mol).
Pour plus d’aide, regardez notre vidéo interactive expliquant l’analyse dimensionnelle !
Exercices d’analyse dimensionnelle
1: 573gAgCl
2: 15,3LCO2