Comment calculer la composition centésimale d'un hydrocarbure ?

Déterminer la composition centésimale d’un hydrocarbure : une approche méthodique

La détermination de la composition centésimale d’un hydrocarbure, c’est-à-dire la proportion en pourcentage de chaque élément (carbone et hydrogène) dans la molécule, est une étape cruciale en chimie organique. Plusieurs méthodes existent, et le choix dépend des informations disponibles. Cet article détaille une approche basée sur le pourcentage massique d’un élément et la masse molaire de la molécule.

Prenons l’exemple d’un hydrocarbure dont la masse molaire (M) est connue et égale à 180,16 g/mol, et pour lequel le pourcentage massique d’hydrogène (%H) est de 4,48%. Notre objectif est de déterminer sa formule brute, en commençant par le nombre d’atomes d’hydrogène.

Contrairement à une simple application de la formule %H = (y * masse molaire de H) / M (où y représente le nombre d’atomes d’hydrogène), nous allons adopter une approche plus rigoureuse qui met en lumière les implications et les limitations de cette méthode.

Étape 1 : Calcul du nombre d’atomes d’hydrogène (y)

La formule y = (M * %H) / masse molaire de H fournit une approximation du nombre d’atomes d’hydrogène. En utilisant les données fournies :

• M = 180,16 g/mol
• %H = 4,48% = 0.0448
• Masse molaire de H = 1,008 g/mol (masse atomique de l’hydrogène)

On obtient : y = (180,16 g/mol * 0.0448) / 1,008 g/mol ≈ 8

Ce calcul suggère la présence d’environ 8 atomes d’hydrogène dans la molécule. Il est important de noter que ce résultat est une approximation. L’utilisation de la masse atomique de l’hydrogène avec une précision supérieure (par exemple, 1.00794 g/mol) affinerait légèrement le résultat.

Étape 2 : Détermination du nombre d’atomes de carbone (x)

Connaissant la masse molaire de la molécule (M = 180,16 g/mol) et le nombre d’atomes d’hydrogène (approximativement 8), nous pouvons déterminer le nombre d’atomes de carbone (x). La masse molaire de la molécule est la somme des masses molaires de ses atomes constitutifs :

M = (x masse molaire de C) + (y masse molaire de H)

En remplaçant les valeurs connues :

180,16 g/mol = (x 12,011 g/mol) + (8 1,008 g/mol)

Résolvons pour x :

x = (180,16 g/mol – 8,064 g/mol) / 12,011 g/mol ≈ 14

Ce calcul suggère la présence d’environ 14 atomes de carbone.

Étape 3 : Formule brute et composition centésimale

En combinant les résultats des étapes précédentes, la formule brute approximative de l’hydrocarbure est C₁₄H₈. Pour obtenir une composition centésimale précise, il faut recalculer les pourcentages massiques en utilisant la formule brute déterminée et les masses atomiques précises.

Conclusion :

Cette méthode permet d’obtenir une estimation de la composition centésimale d’un hydrocarbure à partir de sa masse molaire et du pourcentage massique d’un de ses éléments. Cependant, elle repose sur des approximations et il est crucial de considérer les incertitudes liées aux mesures expérimentales et aux valeurs des masses atomiques utilisées. Pour une détermination plus précise, des techniques analytiques plus sophistiquées, comme la spectroscopie de masse ou l’analyse élémentaire, sont nécessaires. Cette approche offre néanmoins une méthode simple et instructive pour introduire les concepts de calcul de la composition centésimale.