1. Introduction : Comprendre la chimie par la composition des systèmes

L’étude de la composition des systèmes chimiques est fondamentale en Terminale STL Physique-Chimie. Elle permet aux élèves de comprendre ce qui compose un échantillon, comment quantifier ses constituants et comment les transformations chimiques modifient ces compositions.
Le cours constitue une base essentielle pour les analyses de laboratoire, le contrôle qualité, la chimie analytique, les réactions chimiques, et toutes les manipulations expérimentales réalisées en enseignement technologique ou scientifique.

2. Les constituants d’un système chimique

2.1. Espèces chimiques et phases

Un système chimique peut contenir :

• des molécules (dioxygène, eau, éthanol),

• des atomes (gaz rares),

• des ions (Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻),

• des espèces organiques (alcools, acides, esters),

• des complexes (ions métalliques coordonnés).

Ces espèces peuvent appartenir à différentes phases : solide, liquide, gaz ou solution.
Comprendre la répartition des espèces dans chaque phase permet d’analyser la composition globale du système.

2.2. Mélanges homogènes et hétérogènes

Un mélange est :

• homogène lorsqu’il présente une seule phase (solution saline),

• hétérogène lorsqu’il contient plusieurs phases visibles (eau + huile, suspension).

Ces distinctions sont essentielles pour interpréter les propriétés du système.

3. Grandeurs chimiques pour décrire la composition

3.1. Quantité de matière et concentration

La quantité de matière (en moles) est une grandeur centrale qui relie les données expérimentales à la composition.
Elle permet de relier masse, volume et nombre d’entités chimiques.

La concentration d’une espèce dissoute peut être :

• massique (g·L⁻¹),

• molaire (mol·L⁻¹).

L’élève apprend à calculer ces grandeurs lors de préparations de solutions ou d’analyses chimiques.

3.2. Composition centésimale

La composition peut être exprimée :

• en pourcentage massique (fraction massique),

• en pourcentage molaire (fraction molaire).

Ces grandeurs sont essentielles pour caractériser des échantillons complexes, notamment en chimie analytique.

4. Transformations chimiques et évolution du système

4.1. État initial, état final, réactif limitant

Le cours introduit la notion :

• d’état initial (composition de départ),

• d’état final (composition après transformation).

Le réactif limitant est celui qui disparaît en premier et limite l’évolution de la réaction.
La détermination du réactif limitant est un outil fondamental pour prédire les quantités finales.

4.2. L’équation chimique

Rédiger une équation chimique équilibrée permet :

• d’identifier les espèces consommées et produites,

• de comprendre les proportions stœchiométriques,

• de prévoir l’évolution du système.

5. Approche expérimentale : mesurer la composition

5.1. Préparation et dilution d’une solution

L’élève apprend à :

• préparer une solution mère,

• réaliser une dilution selon un facteur imposé,

• utiliser pipettes, éprouvettes, fioles jaugées.

Ces manipulations sont essentielles en laboratoire STL.

5.2. Mesures expérimentales

Des techniques variées permettent de déterminer la composition :

• titrage acido-basique,

• spectrophotométrie,

• conductimétrie,

• mesure de pH.

Les élèves apprennent à exploiter les données pour caractériser précisément un système.

6. Importance de l’étude de la composition des systèmes chimiques

Cette notion est essentielle pour :

• comprendre les réactions chimiques,

• identifier les espèces en solution,

• analyser un échantillon en industrie,

• réaliser des contrôles qualité,

• interpréter des résultats expérimentaux.

C’est une compétence transversale en chimie, indispensable dans les métiers des biotechnologies, de la chimie analytique, des laboratoires de contrôle et des analyses comportementales des matériaux.