Prise en main

Ce simulateur permet d'étudier, à l'échelle microscopique, une réaction chimique d'équation :
A + B = C + D
Les quatre constituants du système chimique sont supposés être en phase gazeuse.
Les chocs entre les différentes entités en présence et les transformations de ces entités, sont visualisés grâce à l'animation qui peut être agrandie (en cliquant sur « Agrandir »).
L'animation est lancée dès l'ouverture du simulateur.
L'utilisateur a la possibilité d'effectuer les choix suivants :

1. Choix de l'état initial du système, c'est-à-dire du nombre initial des différentes entités (au moyen de la souris ou du clavier de l'ordinateur).
Afficher 200 pour A et B, 0 pour C et D sur la ligne 
« État initial », sous l'équation de la réaction.  

Constater que les nombres d'entités présentes au cours de la réaction  s'affichent, au fur et à mesure de son déroulement, sur la ligne « Pendant la réaction ». 

On peut revenir à l'état initial lorsqu'on le souhaite en cliquant sur « Retour à l'état initial ».

2. Dans l'onglet « Paramètres » :

· Choix du pourcentage de chocs efficaces dans chaque sens (dont dépend la valeur de la constante d'équilibre).
Choisir 50% dans chaque sens. Cela signifie que, seul un choc « A avec B » sur deux donnera lieu à la formation de C et de D, et que seul un choc  « C avec D » sur deux donnera lieu à la formation de A avec B.

· Choix de la température du système : aucune valeur numérique ne s'affiche mais on peut augmenter ou diminuer la température du système chimique au moyen du curseur. 
Le modèle de ce simulateur est tel que les pourcentages de chocs efficaces (donc la constante  d'équilibre) et la température sont des paramètres indépendants. L'effet de l'augmentation de la température se traduit sur l'animation par l'accélération des particules, et donc par l'augmentation de la fréquence des chocs.

Faire varier la température et en constater les répercussions en observant l'animation. On pourra utiliser l'option « Agrandir ».
On pourra mettre moins de particules si l'animation est trop lente.

3. En sélectionnant l'onglet « Affichage » :

· Choix des couleurs des particules.

· Choix du fond pour la fenêtre d'animation (il est préférable de le choisir blanc si l'on souhaite imprimer).

· Choix de la conservation des courbes sur le graphe (voir 4.) : ce choix permet l'affichage simultané de plusieurs courbes obtenues pour différentes conditions initiales et donnant l'évolution des nombres d'entités en fonction du temps. 

· Choix de l'affichage du quotient de réaction Q r dans un tableau (voir 4.).

4. En sélectionnant l'onglet « Suivi du système » :

· Choix de la durée d'enregistrement.
Choisir une durée d'enregistrement de 20 s.
Remarquer que le système continue à évoluer après écoulement de la durée choisie. 

· Choix des représentations graphiques des variations des nombres d'entités de chaque sorte en fonction du temps.
Faire afficher les courbes donnant l'évolution des nombres d'entités A et C à partir de l'état initial choisi. 
Chaque courbe a la couleur de l'entité correspondante.
On peut effacer les courbes en cliquant sur la petite icône, en haut et à droite de la zone réservée au graphe.

· Choix d'affichage du tableau de valeurs et du nombre de lignes.
Au préalable, si ce n'est déjà fait : 
- afficher 200 pour A et B, 0 pour C et D,
- afficher 50% pour l'efficacité des chocs dans les deux sens.
Faire afficher le tableau correspondant à la situation considérée, avec les valeurs de Q r. 
Remarquer que plus le nombre de lignes choisi est grand, plus l'intervalle de temps entre deux affichages successifs des nombres d'entités présentes est petit.
Que constate-t-on concernant les valeurs successives de Qr ? 
Comment cela se traduit-il sur le graphe ?

Réponse : 

Q r augmente puis se stabilise et garde une valeur quasi-constante, en moyenne égale à 1 : c'est la valeur de la constante d'équilibre Q r, f = K .
Sur le graphe, ceci se traduit par l'apparition d'une partie quasi-horizontale , quelle que soit l'entité considérée.

Retrouver une valeur de Q r du tableau à partir des nombres d'entités A, B, C et D figurant sur la ligne correspondante (on pourra utiliser la calculatrice du simulateur).
On admettra que la concentration d'une particule se définit, comme en phase aqueuse, par c = n / V, n étant le nombre de particules. 

Réponse : 

Par exemple, lorsque les nombres d'entités sont n(A) = n(B) = 115 et n(C) = n(D) =  85 : on lit dans le tableau Q r = 0,5463.

Le calcul permet de retrouver la même valeur  :
On peut écrire [A] = n(A) / V ; [B] = n(B) / V ;
[C] = n(C) / V et [D] = n(D) / V.
Q r = [C] [D] / [A] [B] = n(C) n(D) / n(A) n(B), après simplification par V donc :
Q r =  85 × 85 / 115 × 115 = 0,54.

Remarques : 

· Suivant l'ordinateur que vous utilisez, il est possible que la base de temps du simulateur soit très différente du temps réel : 1 heure pour le simulateur peut durer plusieurs heures. Ceci est d'autant plus vrai si le nombre de particules est important (nombreux chocs à gérer) et si votre microprocesseur est lent.

· Les valeurs numériques des corrigés des exercices sont données à titre indicatif et ne sont pas rigoureusement reproductibles du fait de la nature des phénomènes étudiés.

· Dans un simulateur, il n'y a pas de problèmes de chiffres significatifs puisque les valeurs, n'étant pas issues d'une mesure, ne sont pas entachées d'erreurs.