Exercices et corrigés

Etude de Chimie

Fuite de dichlorométhane en laboratoire

Fuite de Dichlorométhane en Laboratoire : Calcul de Concentration et Risques

Fuite de Dichlorométhane en Laboratoire : Calculs et Implications

Comprendre les Risques d'une Fuite de Solvant en Laboratoire

Les fuites de produits chimiques volatils, comme le dichlorométhane (CH₂Cl₂), dans un laboratoire peuvent présenter des risques significatifs pour la santé et l'environnement. Le dichlorométhane est un solvant chloré couramment utilisé, mais il est également toxique et potentiellement cancérigène. En cas de fuite, il s'évapore rapidement, contaminant l'air ambiant. Il est crucial de pouvoir estimer la concentration du polluant dans l'air pour évaluer l'exposition potentielle des personnes présentes et prendre les mesures de sécurité appropriées. Ces calculs impliquent de connaître le volume de la pièce, la quantité de substance renversée, et ses propriétés physico-chimiques.

Données de l'étude

Un flacon contenant du dichlorométhane (\(\text{CH}_2\text{Cl}_2\)) est accidentellement renversé dans un laboratoire.

Informations sur l'incident et le laboratoire :

  • Volume de dichlorométhane liquide renversé (\(V_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(50.0 \, \text{mL}\)
  • Densité du dichlorométhane liquide (\(\rho_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(1.33 \, \text{g/mL}\)
  • Masse molaire du dichlorométhane (\(M_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(84.93 \, \text{g/mol}\)
  • Dimensions du laboratoire (supposé parallélépipédique et fermé) :
    • Longueur (\(L\)) : \(5.0 \, \text{m}\)
    • Largeur (\(l\)) : \(4.0 \, \text{m}\)
    • Hauteur (\(h\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
  • Température ambiante (\(T\)) : \(25 \, \text{°C}\)
  • Pression atmosphérique (\(P\)) : \(1 \, \text{atm}\)
  • Volume molaire d'un gaz idéal à 25 °C et 1 atm (\(V_m\)) : \(24.465 \, \text{L/mol}\)
  • Valeur Limite d'Exposition Professionnelle (VLEP 8h) indicative pour le CH₂Cl₂ : \(50 \, \text{ppmv}\)

Hypothèse : Tout le dichlorométhane renversé s'évapore complètement et se disperse uniformément dans l'air du laboratoire.

Schéma de la Fuite de Dichlorométhane en Laboratoire
! L=5m, l=4m, h=2.5m

Fuite de dichlorométhane dans une pièce de laboratoire.

Questions à traiter

  1. Calculer la masse de dichlorométhane (\(m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) renversée en grammes (g).
  2. Calculer la quantité de matière (nombre de moles, \(n_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) de dichlorométhane renversée.
  3. Calculer le volume de la pièce du laboratoire (\(V_{\text{pièce}}\)) en mètres cubes (m³).
  4. En supposant une évaporation et une dispersion uniformes, calculer la concentration massique de dichlorométhane dans l'air de la pièce en milligrammes par mètre cube (mg/m³).
  5. Calculer la concentration de dichlorométhane dans l'air en parties par million en volume (ppmv) à 25 °C et 1 atm.
  6. Comparer la concentration calculée en ppmv avec la VLEP indicative de 50 ppmv et commenter le risque.

Correction : Calculs suite à une Fuite de Dichlorométhane

Question 1 : Masse de Dichlorométhane Renversée

Principe :

La masse d'un liquide peut être calculée à partir de son volume et de sa densité (\(\rho = m/V \Rightarrow m = \rho \times V\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} = \rho_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} \times V_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\]
Données spécifiques :
  • Volume de CH₂Cl₂ (\(V_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(50.0 \, \text{mL}\)
  • Densité du CH₂Cl₂ (\(\rho_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(1.33 \, \text{g/mL}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} &= 1.33 \, \text{g/mL} \times 50.0 \, \text{mL} \\ &= 66.5 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La masse de dichlorométhane renversée est \(m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} = 66.5 \, \text{g}\).

Question 2 : Quantité de Matière de Dichlorométhane Renversée

Principe :

La quantité de matière (nombre de moles, \(n\)) est calculée en divisant la masse (\(m\)) par la masse molaire (\(M\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[n_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} = \frac{m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}}{M_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}}\]
Données spécifiques et calculées :
  • Masse de CH₂Cl₂ (\(m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(66.5 \, \text{g}\)
  • Masse molaire du CH₂Cl₂ (\(M_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(84.93 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} &= \frac{66.5 \, \text{g}}{84.93 \, \text{g/mol}} \\ &\approx 0.7830 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La quantité de matière de dichlorométhane renversée est \(n_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} \approx 0.783 \, \text{mol}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si 100 g d'un composé de masse molaire 50 g/mol sont renversés, combien de moles cela représente-t-il ?

Question 3 : Volume de la Pièce du Laboratoire

Principe :

Le volume d'une pièce parallélépipédique est le produit de sa longueur, de sa largeur et de sa hauteur.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{pièce}} = L \times l \times h\]
Données spécifiques :
  • Longueur (\(L\)) : \(5.0 \, \text{m}\)
  • Largeur (\(l\)) : \(4.0 \, \text{m}\)
  • Hauteur (\(h\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{pièce}} &= 5.0 \, \text{m} \times 4.0 \, \text{m} \times 2.5 \, \text{m} \\ &= 50.0 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le volume de la pièce du laboratoire est \(V_{\text{pièce}} = 50.0 \, \text{m}^3\).

Question 4 : Concentration Massique de CH₂Cl₂ dans l'Air (mg/m³)

Principe :

La concentration massique dans l'air est la masse de CH₂Cl₂ évaporé (en mg) divisée par le volume de la pièce (en m³).

Formule(s) utilisée(s) :
\[C_m(\text{CH}_2\text{Cl}_2)_{\text{air}} = \frac{m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2 \text{ (en mg)}}}{V_{\text{pièce (en m³)}}}\]
Données converties et calculées :
  • Masse de CH₂Cl₂ (\(m_{\text{CH}_2\text{Cl}_2}\)) : \(66.5 \, \text{g} = 66500 \, \text{mg}\) (car \(1 \, \text{g} = 1000 \, \text{mg}\))
  • Volume de la pièce (\(V_{\text{pièce}}\)) : \(50.0 \, \text{m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} C_m(\text{CH}_2\text{Cl}_2)_{\text{air}} &= \frac{66500 \, \text{mg}}{50.0 \, \text{m}^3} \\ &= 1330 \, \text{mg/m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La concentration massique de dichlorométhane dans l'air de la pièce est de \(1330 \, \text{mg/m}^3\).

Question 5 : Concentration de CH₂Cl₂ dans l'Air (ppmv)

Principe :

La concentration en parties par million en volume (ppmv) peut être calculée à partir de la concentration massique (mg/m³) en utilisant la masse molaire du polluant et le volume molaire d'un gaz aux conditions de température et de pression données.

Formule de conversion : \(\text{ppmv} = \frac{C_m \text{ (mg/m³)} \times V_m \text{ (L/mol)}}{M \text{ (g/mol)}} \times \frac{1 \text{ g}}{1000 \text{ mg}}\) (Attention aux unités, \(M\) doit être en g/mol). Une formule plus directe est \(\text{ppmv} = \frac{C_m \text{ (mg/m³)} \times 24.465}{M \text{ (g/mol)}}\) si \(V_m = 24.465 \, \text{L/mol}\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \text{ppmv} = \frac{C_m(\text{mg/m³}) \times V_m(\text{L/mol})}{M(\text{g/mol})} \times \frac{1 \text{ g}}{1000 \text{ mg}} \]

Ou plus simplement, en utilisant la relation que 1 ppmv de CH₂Cl₂ \(\approx\) 3.47 mg/m³ à 25°C et 1 atm (calculé à partir de \(M/V_m\)). Donc \(\text{ppmv} = C_m(\text{mg/m³}) / 3.47\). Nous allons utiliser la formule générale pour la démonstration.

Données spécifiques et calculées :
  • Concentration massique (\(C_m\)) : \(1330 \, \text{mg/m}^3\)
  • Volume molaire (\(V_m\)) : \(24.465 \, \text{L/mol}\)
  • Masse molaire de CH₂Cl₂ (\(M\)) : \(84.93 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{ppmv} &= \frac{1330 \, \text{mg/m³} \times 24.465 \, \text{L/mol}}{84.93 \, \text{g/mol}} \times \frac{1 \, \text{g}}{1000 \, \text{mg}} \\ &= \frac{1330 \times 24.465}{84.93 \times 1000} \, \text{ppmv} \\ &= \frac{32538.45}{84930} \, \text{ppmv} \\ &\approx 0.3831 \, \text{ppmv} \times 1000 \text{ (erreur ici, le facteur 1000 est déjà pris en compte par g/mg)} \end{aligned} \]

Correction du calcul (le facteur de conversion g/mg est implicite si on garde M en g/mol et Cm en mg/m³ avec la formule simplifiée) :

\[ \begin{aligned} \text{ppmv} &= \frac{C_m \text{ (mg/m³)} \times V_m \text{ (L/mol)}}{M_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} \text{ (g/mol)}} \\ \text{ppmv} &= \frac{C_m \text{ (mg/m³)} \times 24.465 \text{ L/mol}}{M_{\text{CH}_2\text{Cl}_2} \text{ (g/mol)}} \end{aligned} \]

Note: Pour que les unités s'annulent correctement, il faut s'assurer que la masse molaire est exprimée dans la même unité de masse que la concentration massique (ou convertir). Si \(C_m\) est en mg/m³ et \(M\) en g/mol, la formule est : \(\text{ppmv} = \frac{C_m \text{ [mg/m³]} \times V_m \text{ [L/mol]}}{M \text{ [g/mol]} \times 1000 \text{ [mg/g]}}\). Ou, plus simplement, si on convertit \(M\) en mg/mol : \(M = 84.93 \text{ g/mol} = 84930 \text{ mg/mol}\).

\[ \begin{aligned} \text{ppmv} &= \frac{1330 \, \text{mg/m³} \times 24.465 \, \text{L/mol}}{84930 \, \text{mg/mol}} \\ &= \frac{32538.45}{84930} \\ &\approx 0.3831 \, \text{ppmv} \end{aligned} \]

Il semble y avoir une erreur dans mon raisonnement précédent ou la formule simplifiée. La formule standard est : \(\text{ppmv} = \frac{\text{mg/m}^3 \times 24.45}{M (\text{g/mol})}\). Vérifions.

\[ \begin{aligned} \text{ppmv} &= \frac{1330 \times 24.465}{84.93} \\ &\approx \frac{32538.45}{84.93} \\ &\approx 383.1 \, \text{ppmv} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La concentration de dichlorométhane dans l'air est d'environ \(383 \, \text{ppmv}\).

Question 6 : Comparaison avec la VLEP et Commentaire

Principe :

Comparer la concentration calculée en ppmv à la Valeur Limite d'Exposition Professionnelle (VLEP) pour évaluer le risque pour la santé.

Données :
  • Concentration calculée de CH₂Cl₂ : \(\approx 383 \, \text{ppmv}\)
  • VLEP 8h indicative pour CH₂Cl₂ : \(50 \, \text{ppmv}\)
Comparaison et Commentaire :

La concentration calculée dans l'air du laboratoire (\(383 \, \text{ppmv}\)) est significativement plus élevée que la VLEP 8h indicative de \(50 \, \text{ppmv}\) (\(383 / 50 \approx 7.66\) fois plus élevée).

Commentaire : Une telle concentration représente un risque important pour la santé des personnes présentes dans le laboratoire. Le dichlorométhane est un solvant volatil et toxique. Une exposition à cette concentration, même pour une courte durée, pourrait entraîner des effets néfastes sur la santé (irritation, effets sur le système nerveux central, etc.). Il est impératif d'évacuer immédiatement la pièce, d'assurer une ventilation maximale (si cela peut se faire en toute sécurité sans propager la contamination) et de faire intervenir du personnel qualifié pour la décontamination et la gestion de la fuite. Le port d'équipements de protection respiratoire adaptés serait indispensable pour toute intervention.

Résultat Question 6 : La concentration calculée (\(383 \, \text{ppmv}\)) dépasse largement la VLEP (\(50 \, \text{ppmv}\)), indiquant un danger immédiat et la nécessité de mesures d'urgence.

Quiz Intermédiaire 2 : Si la VLEP d'une substance est de 100 ppmv et que la concentration mesurée est de 200 ppmv, cela signifie :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La densité d'un liquide est définie comme :

2. L'unité ppmv (parties par million en volume) est souvent utilisée pour exprimer :

3. Si un solvant volatil est renversé dans une pièce fermée, sa concentration dans l'air :

Glossaire

Dichlorométhane (CH₂Cl₂)
Solvant organique chloré, également connu sous le nom de chlorure de méthylène. Il est volatil, incolore, avec une odeur légèrement sucrée. Utilisé dans de nombreuses applications industrielles, mais toxique.
Densité (\(\rho\))
Masse d'une substance par unité de volume. Généralement exprimée en g/mL ou kg/m³.
Masse Molaire (\(M\))
Masse d'une mole d'une substance, exprimée en g/mol.
Concentration Massique (\(C_m\))
Masse de soluté par unité de volume de solution (ou de mélange gazeux). Exprimée par exemple en mg/m³ ou µg/L.
Parties par Million en Volume (ppmv)
Unité de concentration utilisée pour les gaz et les vapeurs dans l'air. 1 ppmv signifie 1 volume de gaz polluant pour 1 million de volumes d'air.
Valeur Limite d'Exposition Professionnelle (VLEP)
Concentration d'une substance chimique dans l'air d'un lieu de travail à ne pas dépasser sur une période de référence (généralement 8 heures pour la VLEP-8h) pour protéger la santé des travailleurs.
Volume Molaire d'un Gaz (\(V_m\))
Volume occupé par une mole d'un gaz parfait dans des conditions de température et de pression données (par exemple, environ 24.465 L/mol à 25 °C et 1 atm).
Fuite de Dichlorométhane - Exercice d'Application en Chimie Environnementale et Sécurité

D’autres exercices de chimie environnementale:

Chimie des Sols : pH, CEC et Polluants
Chimie des Sols : pH, CEC et Polluants

Chimie des Sols : pH, CEC et Polluants Chimie des Sols : pH, CEC et Polluants Comprendre la Chimie des Sols et le Comportement des Polluants La chimie du sol est fondamentale pour comprendre la fertilité des terres agricoles, la santé des écosystèmes et le devenir des...

Traitement des eaux usées
Traitement des eaux usées

Traitement des eaux usées Traitement des eaux usées Comprendre le Traitement des Eaux Usées Le traitement des eaux usées est un processus crucial qui vise à éliminer les polluants des eaux domestiques, municipales et industrielles avant leur rejet dans le milieu...

Formation du Smog Photochimique
Formation du Smog Photochimique

Formation du Smog Photochimique Formation du Smog Photochimique Comprendre la Formation du Smog Photochimique Le smog photochimique, souvent appelé "smog de Los Angeles", est une forme de pollution atmosphérique produite lorsque les rayons ultraviolets du soleil...

Cycle du Carbone et Effet de Serre
Cycle du Carbone et Effet de Serre

Cycle du Carbone et Effet de Serre Cycle du Carbone et Effet de Serre Comprendre le Cycle du Carbone et l'Effet de Serre Le cycle du carbone est le processus biogéochimique par lequel le carbone est échangé entre les différents réservoirs de la Terre : l'atmosphère,...

Dégradation de l’Acétone en Milieu Aquatique
Dégradation de l’Acétone en Milieu Aquatique

Dégradation de l’Acétone en Milieu Aquatique Dégradation de l’Acétone en Milieu Aquatique Comprendre la Dégradation de l'Acétone en Milieu Aquatique L'acétone (CH₃COCH₃), également connue sous le nom de propanone, est un solvant organique volatil couramment utilisé...

Calcul du pH après un déversement chimique
Calcul du pH après un déversement chimique

Calcul du pH après un Déversement Chimique en Chimie Environnementale Calcul du pH après un Déversement Chimique Comprendre l'Impact des Déversements Chimiques sur le pH Les déversements accidentels de produits chimiques, qu'ils soient acides ou basiques, peuvent...

Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air
Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air

Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air (IQA) Comprendre l'Indice de Qualité de l'Air L'Indice de Qualité de l'Air (IQA) est un outil utilisé par les agences gouvernementales pour communiquer au public le niveau de pollution de...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *