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- Dans cette introduction, nous allons définir clairement la loi des proportions définies
- Ensuite, nous examinerons la formule de la loi des proportions définies .
- Ensuite, nous remonterons dans le temps pour explorer l'expérience qui a mené à la loi des proportions définies .
- Nous passerons un peu de temps à examiner des exemples d' application de cette loi.
- Enfin, nous ferons la différence entre laloi des proportions définies et laloi des proportions multiples.
Si tu n'es pas familier avec la composition de la matière ou si tu n'as pas encore lu Composition élémentaire d'une substance pure, révise ces sujets et reviens !
Définition de la loi des proportions définies
Voyons ce que signifie la définition de la loi desproportions définies !
La loi des proportions définies stipule que la composition élémentaire des composés purs est un rapport fixe d'éléments par masse.
Nous allons examiner tous les aspects en gras de ladéfinition de la loi des proportions définies:
- Rappelle-toi que les composés sont une classe de matière connue sous le nom de substances pures, donc la composition élémentaire des composés est constituée d'atomes liés provenant de deux éléments ou plus.
- Selon cette loi, chaque échantillon d'un composé particulier présente un rapport fixe d'éléments, c'est-à-dire les mêmes éléments dans les mêmes proportions par masse.
- Nous examinons le rapport entre les éléments et les composés en fonction de leur poids moléculaire, ce qui correspond à la composition en pourcentage .
Une autre façon de dire que les composés ont un rapport fixe de composés par masse est de dire qu'ils ont toujours le même pourcentage de composition. En effet, le pourcentage de composition fait référence à la masse relative de chaque élément dans un composé ! Nous avons présenté la composition en pourcentage dans Composition élémentaire d'une substance pure, alors consulte-le pour te rafraîchir la mémoire !
La loi de la proportion définie implique que, quelle que soit la source des éléments ou la quantité du composé, le rapport des éléments doit être constant pour former le composé.
D'après ce que nous avons vu jusqu'à présent, si nous prenons 10 litres d'eau d'un lac et 5 litres d'eau d'une rivière, le rapport hydrogène/oxygène dans l'échantillon de 10 litres sera-t-il plus grand ? Pourquoi ou pourquoi pas ? Prends une seconde pour réfléchir à ta réponse avant que nous n'y réfléchissions ensemble !
La bonne réponse est la suivante : Non, le rapport ne sera pas plus grand dans l'échantillon de 10 litres. La loi des proportions définies nous dit que l'eau aura toujours le même rapport entre les éléments. Les deux échantillons d'eau sont composés de 2 atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. Les molécules d'eau sont composées de 11 % d'hydrogène et de 88 % d'oxygène en masse. Donc, l'échantillon de 10 litres et l'échantillon de 5 litres d'eau auront le même rapport d'éléments !
Fig.1-Selon la loi des proportions définies, l'eau pure (H2O), quelle que soit la source, a le même pourcentage de composition en hydrogène et en oxygène.
Formule de la loi des proportions définies
Maintenant que nous sommes familiarisés avec l'aspect conceptuel de la loi des proportions définies, examinons une formule qui montre la relation entre les composés et les rapports fixes !
Une façon simple de représenter la loi des proportions définies est d'utiliser la formule de composition en pourcentage :$$\begin {align}\N%\N Composition\N de\N AB &= \N\N%\N de\N A &= \Nfrac{masse\N de\N élément\N A*atomes\N de\N élément\N A}{total\N moléculaire\N masse\N de\N AB}*100\N \N\N%\N de\N B &= \Nfrac{masse\N de\N élément\N A*atomes\N de\N élément\N A}{total\N moléculaire\N masse\N de\N AB}*100\N% \N \N%\N de\N B &= \frac{masse, de l'élément, B*atomes, de l'élément, B}{total, moléculaire, masse, de l'élément, AB}*100% \N-\NFin {align}$$$.
Ensuite, nous allons faire quelques exemples en appliquant laloi des proportions définies et en déterminant le pourcentage de composition de divers composés !
Exemples de la loi des proportions définies
Un exemple général de la loi des proportions définies serait le glucose (C6H12O6). Le glucose est toujours composé de 6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène et 6 atomes d'oxygène. C'est la seule proportion de ces trois éléments qui peut donner du glucose.
En gardant cela à l'esprit, nous allons passer en revue un exemple approfondi d'application de laloi de la proportion définie en calculant le pourcentage de composition du glucose ensemble.
Un type de question auquel il est important de savoir répondre est le suivant :
Trouve la composition en pourcentage de tous les éléments du glucose (C6H12O6).
1) Tout d'abord, nous devons décomposer une molécule de glucose en éléments corrects
- 6 atomes de carbone
- 12 atomes d'hydrogène
- 6 atomes d'oxygène
2)Ensuite, nous consultons le tableau périodique pour déterminer la masse atomique relative de ces éléments et nous la multiplions par le nombre d'atomes de chaque élément.
- C : \N(6\N,atomes*12,011\Nfrac{g}{mol}=72,066\N,g\N)
- H : \(12\,atoms*1.008\frac{g}{mol}=12.096\,g\)
- O : \N(6\N,atomes*15.999\Nfrac{g}{mol}=95.994\N,g\N)
4) Ensuite, nous trouvons le poids total du glucose :
$$72.066\,g+12.011\,g+95.994\,g=180.156\,g$$
5) Enfin, nous calculons le pourcentage de masse de chaque élément à l'aide de notre équation :
$$mass\%=\,(\frac{mass\,of\,component}{mass\,of\,total})*100\%$$
- Masse % de C = $$(\frac{72,066\,g}{180,156\,g})*100\%=40,001\%$$)
- Masse % de H = $$(\frac{12.096\,g}{180.156\,g})*100\%=6.714\%$$$
- Masse % de O = $$(\frac{95.994\,g}{180.156\,g})*100\%=53.284\%)
Voici un autre type de question qui applique la loi des proportions définies !
Si la composition en pourcentage du carbone dans leCO2 est de 29,27 %, quelle est la composition en pourcentage de l'oxygène ?
Il y a une façon simple de résoudre cette question ! La somme des pourcentages de composition de tous les éléments doit être égale à 100 %. Nous pouvons donc soustraire 29,27 de 100, ce qui signifie que le pourcentage de masse de l'oxygène est de 72,71 %.
Voici quelques conseils pour calculer le pourcentage de masse :
- Fais toujours attention à ce que la question demande exactement (pourcentage de masse, masse en g, etc.).
- à la fin, tous les pourcentages doivent toujours être égaux à 100 %.
Expérience sur la loi des proportions définies
Tu penses peut-être que laloi des proportions définies semble assez simple. Bien sûr, un composé devrait toujours être constitué du même rapport d'éléments ! Mais, tout comme la loi de la gravité n'a pas toujours été évidente, le concept des proportions définies dans les composés était autrefois inconnu !
Au début des années 1800, un chimiste nommé Joseph Proust a fait des expériences avec le carbonate de cuivre (CH₂Cu₂O₅). Proust a synthétisé du carbonate de cuivre artificiel et a comparé ce produit de laboratoire au carbonate de cuivre naturel. Après avoir analysé les deux substances, Proust a constaté que les deux échantillons de carbonate de cuivre contenaient les mêmes proportions pondérales des trois éléments concernés : le carbone, l'oxygène et le cuivre. Selon les propres termes de Proust, l'expérience a montré que
Un composé chimique contient toujours les mêmes éléments combinés ensemble dans la même proportion de masse. - Joseph Proust
C'est ainsi qu'est née la loi des proportions définies !
Loi des proportions définies et loi des proportions multiples
Même si Proust a publié sa loi vers 1794, ce n'est que lorsque le chimiste John Dalton a publié sa théorie atomique et sa loi des proportions multiples vers 1804 que la loi des proportions définies a été largement acceptée.
Laloi des proportions multiples de Dalton stipule que lorsque deux éléments peuvent se combiner pour former une multitude de composés différents, un élément de masse fixe se combine avec différentes masses du second élément, dont le rapport de masse peut être exprimé sous la forme d'un rapport de petits nombres entiers.
La loi des proportions multiples expliquerait des composés tels que :
- NO, NO2
- CO,CO2
- CH2, CH4
Ces composés sont constitués des mêmes éléments, mais ont des proportions différentes du deuxième élément dans les deux composés.
Fig.2 - Proportions de NO et de NO2Voyons un exemple pour mieux comprendre l'application de la loi des proportions multiples.
En examinant le NO et le NO2, nous pouvons voir cette loi appliquée.
La masse d'azote dans les deux composés reste fixe à 14 g
La masse d'oxygène dans le NO = 16 grammes
La masse d'oxygène dans le NO2 = 32 grammes
Le rapport de masse entre l'oxygène dans le NO et le NO2 est de 32:16, ce qui peut être simplifié à 1:2 !
Tu remarqueras peut-être que le rapport 1:2 entre l'oxygène dans le NO et le NO2 est représenté par des formules moléculaires ! Il est important de comprendre que les formules moléculaires n'étaient pas connues lorsque Dalton a publié la loi des proportions multiples. Les chimistes savaient que lorsque différentes masses d'oxygène se liaient à une masse fixe de carbone, différents composés aux propriétés différentes se formaient ! Cette loi a donc ouvert la voie aux formules moléculaires !
Loi des proportions définies - Principaux enseignements
- La loi des proportions définies stipule que la composition élémentaire des composés purs est un rapport fixe d'éléments par masse. C'est à Joseph Proust que l'on doit la publication de cette loi.
- Les implications de cette loi signifient que quelle que soit la source ou la quantité d'un composé, le rapport de masse des éléments dans le composé est le même.
- Le rapport de masse de l'élément dans un composé est connu sous le nom de pourcentage de composition.
- La formule liée à la loi des proportions définies est la suivante : % masse = (masse de l'élément/masse du composé) x100
- La loi des proportions multiples explique que les rapports de masse des éléments qui peuvent former deux composés différents sont des petits nombres entiers.
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