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Objectif notionnel :
les coefficients de partage

Objectif méthodologique :
définition d'une grandeur pratique (coefficient de partage) à partir de deux grandeurs mesurables (concentrations chimiques); signification physique et définition mathématique.

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1 - Définition

Le coefficient de partage est une grandeur artificielle (pratique, inventée, calculée) qui permet de CHIFFRER (c.-à-d. quantifier) un phénomène: l'affinité des composants chimiques DILUÉS pour une phase respectivement à une autre phase. Le coefficient de partage est défini mathématiquement par le rapport de deux MESURES: la concentration d'un élément chimique dans une ou l'autre phase.

Ici on utilise le coefficient de partage relatif aux deux phases: la phase liquide et la phase solide.

Le coefficient de partage (D) d'un élément chimique X lors d'une solidification (passage de la phase liquide (phase de départ) à la phase solide (phase d'arrivée)) est le rapport de la concentration de l'élément dans la phase solide [X]S sur celle de cet élément dans la phase liquide [X]L .

On considère que ces coefficients de partage obtenus lors de solidifications sont aussi valables pour des fusions (la première goutte de magma est enrichie en éléments dans le coefficient de partage est minimal).

Ce coefficient change avec la température, la pression et la teneur en eau du magma et/ou de la roche.

2 - Schéma de compréhension (crobard)

Faites un petit schéma qui vous aide à visualiser et donc à mémoriser les éléments de la définition.

2.1 - Quelle est la signification physique (réelle) de la grandeur "coefficient de partage" ?
(on pourrait aussi demander "Quel est le sens de cette grandeur ?", ou encore "À quoi sert-elle ?" ou enfin "Que signifie ce coefficient ?")
Le coefficient de partage représente l'affinité d'un élément chimique pour la phase solide. Plus l'affinité est grande, plus il est élevé.

2.2 - Peut-on dire que le coefficient de partage est une grandeur expérimentale ? Pour répondre, vous pourriez utiliser les mots" directement" ou "indirectement".
Le coefficient de partage n'est pas mesuré directement comme une concentration mais il est calculé à partir du rapport de deux grandeurs expérimentales. C'est donc une grandeur expérimentale indirecte. On peut aussi dire que c'est une grandeur non pas expérimentale au sens strict mais pratique.

3 - Application numérique

3.1 - Comme ce coefficient est le rapport de deux concentrations, quels sont les extrêmes possibles ?

On suppose ici une roche solide théorique.
Complétez ce tableau dont les concentrations sont exprimées en % de la masse totale initiale de liquide et en % de la masse finale totale de liquide.

3.2 - Pourquoi le coefficient ne peut-il être nul ou infini ?
Un coefficient nul correspondrait à une concentration nulle dans le solide; ce qui n'a aucun sens dans le cas d'une fusion puisque l'on mesure la concentration d'un élément susceptible de migrer. De la même façon une concentration nulle dans le liquide, susceptible de conduire à un coefficient de partage infini, n'aurait aucun sens pour la solidification (on ne mesure pas le passage dans le solide d'un élément qui n'existe pas dans le liquide).

Remarque: dans la réalité le coefficient de partage maximal ne dépasse guère la valeur 100 et le coefficient de partage minimal n'est habituellement pas en dessous de 0,001.

Corolaire:
En terminale S spécialité SVT lorsque l'on étudie le climat on s'intéresse au fractionnement isotopique. La problématique est similaire : il s'agit de savoir si un isotope est concentré dans une phase lors d'un changement de phase.