Chimie et Programmation Python :
Introduction
- Nous pouvons voir que dans notre sujet l'on parle de différents termes tels que : le coefficient stœchiométrique, la conductivité ou encore le pH. En chimie le coefficient stœchiométrique est caractérisé par un calcul qui permet d'analyser les quantités de réactifs et de produits qui sont en jeu au cours d'une réaction chimique. La conductivité est caractérisé par la résistance au passage du courant ou de la chaleur dans un matériau. Et pour finir le pH qui est le potentiel hydrogène, il est caractérisé par une mesure de l'activité chimique des ions hydrogènes H+ en solution. Mais c'est aussi la proportion des éléments dans une formule chimique.
C'est donc pour cela que lors du traitement de notre dossier nous l'avons donc diviser en différentes parties, pour pouvoir avoir les parties suivantes telles que : les calculs du taux d'avancement de solution a l'aide d'un coefficient stœchiométrique , puis en fonction en fonction de la conductimètre et du pH. Ces quantités de matières seront ensuite représenter sous forme de graphiques. Nous avons également utiliser des programmes Python pour y parvenir a la formation de notre projet.
De plus nous pouvons nous poser comme question : Comment peut-on déterminer le point équivalent afin de titrer une solution acide inconnue grâce au langage Python ?
I)Calcul du taux d'avancement d'un composant chimique en fonction du coefficient stœchiométrique.
A) Explication du procéder utiliser pour créer le graphique avec Pygal
- Pour pouvoir avoir les graphiques nous avons utiliser Pygal. Nous avons donc procéder au téléchargement de Pygal qui s'est fait dans un terminal grâce à l'installation de sa librairie. Pygal est donc une librairie python qui met en évidences des valeurs entrer dans un éditeur de texte, qui par suite sera transcris dans un terminal et transformer en graphique suite à son exécution
Suite à cela nous avons donc mis les valeurs dans un éditeur de texte, puis lors de l'exécution du programme nous l'avons mis dans un terminal, en utilisant la méthode du glissement du fichier dans le terminal en ayant comme suffixe " .py" et un dossier pour faire fonctionner tout les programmes python de ce projet.
Une fois la deuxième commande apparue dans le Python nous trouverons notre image dans le Dossier Personnel avec le titre correspond de l'image. Ainsi pour visionner le résultat en image , nous devons ouvrir le fichier avec le Navigateur Web Firefox .
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B) Principe d'utilisation du programme de détermination des trois stades de l'équivalence
- 1) Présentation du programme
- Pour le calcul du taux d'avancement d'un composant chimique en fonction du coefficient stœchiométrique. Nous avons étudié le cas lors d'un dosage d'un acide chlorhydrique avec de la Soude. Pour commencer, nous avons établi un programme de base ayant pour fonction de nous dire si l'on se trouve avant, après ou à l'équivalence grâce à trois conditions : if, elif qui est l'équivalent de elseif et else. Tout d'abord le programme commence par une ligne : # -*- coding: utf-8 -*- . Cette ligne permet de prendre en compte caractères spéciaux dans un programme Python pour évité les problèmes avec des accents dans les mots.
- 2) L'initialisation
- - Dans l'initialisation, nous retrouvons les variables de bases qui sont Ca et Va qui se rapportent à la concentration et au volume d'acide chlorhydrique, Cb et Vb qui se rapportent à la concentration et au volume de Soude. Puis nous avons de même na qui est la quantité matière d'acide chlorhydrique et nb qui est la quantité matière de Soude, tout deux sont initialisés par leurs formules respectives pour l’exécution correct du programme. Pour finir, nOxonium et nHydroxyle correspondent tout deux à l'initialisation de l'avancement final pour les concentrations en ions Oxonium et Hydroxyle. Les quatre valeurs Ca,Va,Cb et Vb sont demandées à l'exécution du programme.
- 3) La condition à équivalence
- - Ici la condition if correspond au moment de l'équivalence caractérisé par la présence du calcul de Ve qui est le volume équivalent et du calcul de la concentration d'acide qui sont tout deux exprimer en mL. Mais la condition clé est na == nb, il faut deux « = » pour marqué l’égalité.
- 4) La condition avant équivalence
- - Ensuite nous retrouvons la condition elif qui est la forme contractée de elseif qui correspond à la condition avant l'équivalence, marqué par na>nb. À l'intérieur de cette condition nous retrouvons maintenant l'avancement final désigné par xf est égale à nb. De même l'on calcul la concentration final des ions hydroxyles marqué par sa formule nHydroxyle=na-xf.
- 5) La condition après équivalence
- - Pour finir, la condition else correspond à la condition après l'équivalence qui n'est qu'en faite na<nb, l'on peut voir que l'avancement final désigné par xf est égale à na. De même l'on calcul la concentration final des ions oxonium marqué par sa formule nOxonium=nb-xf.
II)Calcul du taux d'avancement d'un composant chimique en fonction de la conductivité et du pH
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A) Principe d'utilisation du programme permettant d'établir le tableau de la conductivité
- 1) Présentation du programme
- Tout d'abord vous allons établir un tableau de valeur de mesure de la conductivité. Pour cela nous avons créer une liste qui est l'équivalent d'un tableau dans la programmation python marqué par "conductivite=[ ]". D'ailleurs l'ajout de la variable n qui est demander en début de programme permet à la boucle for de tourner durant n fois car en python par exemple lorsqu'on veux qu'une boucle for tourne jusqu'à 10, il faudra écrire 11.
Puis " conductivite.append(input("Entrez la valeur de la conductivité : ")) " permet d'ajouter une valeur dans notre liste défini auparavant. Et " .format(i,conductivite[i])) " permet de donner l'ordre d'apparition lors de l'affichage.
Il ne faut pas oublier que le 0 compte comme premier chiffre et donc si l'on a par exemple ex=[0,1,2,3,4], il y a 5 nombre dans le tableau, et non 4. Et donc pour avoir une boucle qui tourne durant n=4, il faudra écrire "for n in range(0,5)".
- 2) Explication du fonctionnement
- Dans cette partie, nous allons nous intéresser au calcul du taux d'avancement d'un composant chimique en fonction de la conductivité. D'ailleurs nous avons étudié le cas lors d'un dosage par titrage direct lors de la recherche de la teneur en acide éthanoïque du vinaigre lors de l'ajout hydroxyde de sodium et de quelques gouttes phénolphtaléine qui permet permet à la solution de changer de couleur à l'équivalence et après l'équivalence la solution deviens plus foncée.
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B) Principe d'utilisation du programme permettant d'établir un tableau des différents ions présent.
- 1) Présentation du programme
- Nous avons tenter d'établir des tableaux relatifs aux quantités des différentes espèces pour un volume « i » de soude apporté. Pour cela nous devons initialisé quatre listes, soit nChlorure= [ ] , nOxonium= [ ] , nHydroxyle= [ ] , et nSodium= [ ]. Suite à cela l'on définit le nombre de fois qu'effectuera la boucle for grâce à l'entrée la variable n. Puis comme dans tout les autres programmes, on donne une valeur à Ca,Va et Vb et l'on initialise cette fois na avec sa formule na=Ca*Va et Ve définit par Ve=na/Cb.
- 2) La condition principal: "la boucle for"
- Maintenant parlons de la boucle for et de son contenu. La variable i comme dit auparavant est le volume de soude apporté qui vas varié de 0 à n, avec n qui est entré lors de l'initialisation. Puis les quatre premières lignes suivante sont spécifique soit à la quantités matière en ions Sodiums et ions Chlorure qui ont des valeurs qui s'ajoute à chaque fois que la boucle tourne grâce au code nSodium.append(nb) par exemple en faite .append est le bout du code nécessaire permettant aux valeurs d'être stocker dans le tableau spécifique initialiser au début .
- 3) Les conditions internes de la boucle principal: "if et else"
- Puis nous avons divisé la boucle for en deux conditions, la première est i<Ve et la seconde est sous entendu i>Ve. Tout deux ont la même structure mais les valeurs s'inverse, c'est à dire par exemple nOxonium.append(xf) dans if mais nOxonium.append(0) dans else , c'est la même chose pour nHydroxyle qui lui est nHydroxyle.append(0) dans if et nHydroxyle.append(xf) dans else. D'ailleurs pour xf, la soustraction dans if nous avons xf = na-nb et dans else nous avons le contraire soit xf = nb-na.
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C) Principe d'utilisation du programme permettant la détermination du volume équivalent
- 1) Présentation du programme
- A présent, nous finissons cette série de programme, sur un ensemble de code permettant la détermination du volume équivalent à partir des mesures de conductivité. C'est à dire qu'à partir des mesures de conductivité je détermine les équations des deux segments de droite, et les coordonnées du point d'intersection entre ces deux droites. Max1 et Min1 correspondent à deux points du premier segment de droite et, Max2 et Min2 correspondent à deux points du second segment de droite
- 2) L'affectation permettant le fonctionnement du programme
- Grâce au tableau de la conductivité établi dans le premier programme, nous pouvons faire fonctionner ce programme. En faite n=len(conductivite)-1 permet de donner à la variable n une valeur de la conductivité. De plus l'on initialise les tableaux en rapport avec Max1, Min1, Max2 et Min2 grâce au tableau de la conductivité
- 3) La condition if
- Puis maintenant nous faisons varier la variable i qui est en faite le nombre des différentes valeurs de la conductivité grâce à la condition for. À l'intérieur de cette condition nous retrouvons if conductivite[i+1] < conductivite[i]: qui permet au programme de regardé si la valeur de la conductivité suivante est plus grande que celle précédente alors la boucle fonctionnera.
- 4) Le calcul du volume équivalent
- Puis la commande float permet d'avoir des chiffres à virgule car python ne prendra pas en compte si l'on ne lui indique pas. D'ailleurs les formules associés à a1,a2,b1,b2 permettent d'avoir les coordonnées des points se situant un rang au dessus et un rang en moins que le point intersection de l'équivalence. Ensuite Ve=float(b2-b1)/(a1-a2) donnera en sortie la valeur du volume équivalent.
III) Représentation graphique des calculs de quantités de matière.
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A) Représentation graphique de la conductivité avec Pygal
- Nous avons donc reproduit le même protocole que dans l'utilisation Pygal précédent pour la représentation du dosage par conductimètre avec le vinaigre. Nous avons donc mit les valeurs dans un éditeur de texte pour ensuite le transcrire dans le Python , tout en utilisant là aussi la méthode du glissement du fichier dans le terminal. Une fois le programme exécuter, nous avons retrouver notre images dans le Dossier personnel , en l'ouvrant avec le Navigateur Web Firefox.
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B) Représentation graphique du pH avec Pygal
- Nous avons également reproduit le même protocole pour le Dosage par pH-métrie avec le vinaigr . Nous avons donc mit les valeurs dans un éditeur de texte pour ensuite le transcrire dans le Python , tout en utilisant là aussi la méthode du glissement du fichier dans le terminal. Une fois le programme exécuter, nous avons retrouver notre images dans le Dossier personnel , en l'ouvrant avec le Navigateur Web Firefox.
Conclusion
- C'est donc grâces aux programmes Python , mais aussi à Pygal que nous avons pu déterminer le point d'équivalence d'une solution d'acide inconnue. Mais nous avons pu établir les graphiques en fonction de la réaction de nos solutions grâces à des valeurs expérimentaux. Ainsi cela fait que nous avons pu avoir les valeurs de nos réactifs , tels qu'ils soient à l’équivalence , après ou avant l'équivalence mais aussi des valeurs expérimentaux pour la conductivité et le pH. C'est valeurs sont donc faite soit par pH-métrie , soit par conductimétrie lors de travaux pratiques durant l'heure de cours de physique chimie.