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1/ Chimie : organisation et transformation de la matière
a) Atomes, molécules et ions8Q MPRPH HVP ŃRQVPLPXp G·XQ QR\MX MXPRXU GXTXHO JUMYLPHQP GHV pOHŃPURQVB
Une molécule est constituée de plusieurs atomes.Modèle de
O·MPRPH
Nom Carbone Hydrogène Oxygène Azote
Symbole C H O N
La molécule contient 2 atomes de
carbone, 6 atomes d'hydrogğne et1 atome d'odžygğne
Electrons : chargés -
Protons : chargés +
Neutrons : charge 0
GHVŃULSPLRQ G·XQ MPRPH :
Quasiment toute la masse est contenue dans le noyau.IM PMLOOH GX QR\MX § 10-15 m OM PMLOOH GH O·MPRPH § 10-10 m AE un noyau est environ
100 000 IRLV SOXV SHPLP TXH O·MPRPHB
I·MPRPH M XQH VPUXŃPXUH lacunaire : entre les électrons et le noyau, il y a du vide.Un atome est électriquement neutre : il y a donc autant de protons (chargés Ą TXH G·pOHŃPURQV
(chargés -). Les atomes (et noyaux) sont représentés par un symbole :Atome Nombre de
protons (Z)Nombre
G·pOHŃPURQV
Nombre de
neutronsCarbone
Sodium
Les 118 atomes différents sont classés dans le tableau périodique des éléments par numéro atomique Z croissant
(18 colonnes et 7 lignes). AtomeMolécule
C2H6OUn LRQ HVP XQ MPRPH RX JURXSH G·MPRPHV TXL M SHUGX RX JMJQp XQ RX SOXVLHXUV pOHŃPUons. Il y a donc
des :Ions positifs appelés CATIONS $PRPH RX JURXSH G·MPRPHV TXL M 3(5G8 GHV pOHŃPURQVB ([ )H2+, Fe3+, Al3+"
Ions positifs appelés ANIONS $PRPH RX JURXSH G·MPRPHV TXL M *$*1( GHV pOHŃPURQVB ([ FO-, F-, SO42-"
Formation d'un ion positif AE cation Formation d'un ion nĠgatif AE anion1RP LRQ" )RUPXOH ŃOLPLTXH GH O·LRQ 3HUPH RX JMLQ G·H- nb de charges " + » nb de charges " - »
aluminium (III) Al3+ perte de 3 e- 13 10 fer(III) Fe3+ perte de 3 e- 26 23 fer (II) Fe2+ perte de 2 e- 26 24 chlorure Cl- JMLQ G· 1 H- 17 18 b) Identification des ionsUne solution est toujours électriquement neutre : il y a autant de charges positives que de charges négatives.
Une sROXPLRQ LRQLTXH V·pŃULP LRQ + + ions -)Exemples : sulfate de cuivre II : (Cu2+ + SO42²) Chlorure de fer III : (Fe3+ + 3 Cl-)
3RXU LGHQPLILHU GHV LRQV RQ SHXP XPLOLVHU GHV UpMŃPLIV VRXGH QLPUMPH G·MUJHQP TXL YRQP GRQQHU GHV SUpŃLSLPpV
de couleurs. (Le PMNOHMX VXLYMQP Q·HVP SMV j MSSUHQGUHBIon Chlorure
Cl-Cuivre
Cu2+Fer II
Fe2+Fer III
Fe3+ Zinc Zn2+Aluminium
Al3+Réactif
utiliséNitrate
G·MUJHQP
(Ag+ +NO3)Soude ou hydroxyde de sodium (Na+ + HO-)
Précipité
obtenuBlanc qui
noircit à la lumièreBleu Vert kaki Marron-orangé blanc blanc
Exemples :
Les réactions chimiques
qui ont lieu entre le réactif et la solution sont :Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2
Ag+ + Cl- AgCl
Zn2+ + 2 OH- Zn(OH)2
Un précipité est un
solide. c) pH : solutions acides et basiquesUne solution est acide si son pH est inférieur à 7. L'aciditĠ est due ă l'ion hydrogène H+
Une solution est basique si son pH est supérieur à 7. La basicitĠ est due ă l'ion
hydroxyde HO-.On mesure le pH avec :
Ö Du papier pH
Ö Un indicateur coloré acido-basique comme le jus de chou rouge, qui change de couleur en fonction du pH.
Ö Un pH-mètre MSSMUHLO pOHŃPURQLTXH TX·RQ PUHPSH GMQV OM VROXPLRQ HP TXL MIILŃOH OM YMOHXU GX
pH.Remarque IRUVTX·RQ GLOXH XQH VROXPLRQ MÓRXP G·HMX SXUH), son pH se rapproche toujours de 7.
d) Réaction entre un acide et une base4XMQG RQ IMLP UpMJLU GH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH + Ą Ą FO-) et une solution
G·O\GUR[\GH GH VRGLXP 1M Ą Ą +2-), une réaction chimique a lieu et dégage beaucoup de chaleur.H+ + HO- AE H2O
e) Réaction entre un acide et un métal Un métal est un bon conducteur thermique et électrique. Il est recyclable.5pMŃPLRQ HQPUH GH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH HP OH IHU
2 H+ + Fe H2 + Fe2+
Dihydrogène explosif : quand on approche une allumette : détonation " POP »5pMŃPLRQ HQPUH GH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH HP OH zinc :
2 H+ + Zn H2 + Fe2+
5pMŃPLRQ HQPUH GH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH HP O·MOXPLQLXP
6 H+ + 2 Al 3 H2 + 2 Al3+
5pMŃPLRQ HQPUH GH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH HP O·RU C MUJHQP C ŃXLYUH 5H(1
IHV LRQV TXL QH UpMJLVVHQP SMV VRQP GLPV VSHŃPMPHXUV RQ QH OHV pŃULP SMV GMQV O·pTXMPLRQ GH OM UpMŃPLRQ ŃOLPLTXHB
Lors de la réaction entre un acide et un métal, Les ions hydrogène H+ de O·MŃLGH UpMJLVVHQP MYHŃ OH PpPMO pour
donner du dihydrogène gazeux H2 et O·LRQ PpPMOOLTXH.IRUV G·XQH UpMŃPLRQ ŃOLPLTXH
- Il y a conservation de la masse ŃMU OHV MPRPHV VRQP ŃRQVHUYpV LO \ M MXPMQP G·MPRPHV G·O\GURJqQH GH
chaque côté du signe " »)- Il y a conservation des charges électriques (il y a autant de + et de ² de chaque côté).
f) Autres transformations chimiques : A chaque fois, il faut veiller à la conservation des atomes de chaque côté du " = ».Combustion du carbone : C + O2 CO2
Combustion du méthane : CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Combustion du propane : C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O FRPNXVPLRQ GH O·pPOMQRO F2H6O+ 3 O2 2 CO2 + 3 H2O6\QPOqVH GH O·MU{PH de banane : C5H12 O + C2H4O2 C7H14O2 + H2O
g) Masse volumique :Exemple :
Un matériau appelé Hassium est un des plus dense sur Terre. Un morceau de volume V= 1200 cm3 = 1,2 L a
XQH PMVVH P 48E NJB FMOŃXOH OM PMVVH YROXPLTXH ǒ GH O·OMVVLXP HQ JCŃP3 et kg/m3 ǒ PC9 48 E00 C1200 40,8 g/cm3 = 40 800 kg/m3 h) Différents états de la matièreEtat Solide Liquide gazeux
5HSUpVHQPMPLRQ j O·MLGH
du modèle molécule (QVHPNOH" Compact et ordonné Compact et désordonné Dispersé et très désordonnéMolécules Liées, quasi immobiles
et rapprochéesUn peu liées, mobiles et
très rapprochéesNon liées, éloignées, en
mouvement rapidePossqGH XQ" Volume propre, une
forme propre Volume propre i) Atmosphère terrestre I·MLU HVP XQ mélange de plusieurs gaz : sa composition est78% de diazote N2 : on arrondira à 80 % soit 4/5.
21% de dioxygène O2: on arrondira à 20% soit 1/5.
1 G·MXtres gaz : le dioxyde de carbone CO2 O·MUJRQ $U
le dihydrogène H2" Le dioxygène O2 est un gaz indispensable à la respiration et auxŃRPNXVPLRQV"
I·MLU M XQH PMVVH 1 I G·MLU SqVH HQYLURQ 1 J - 1 OLPUH G·HMX SqVH 1 NJ j) Différence entre transformation physique, transformation chimique, mélange- Une transformation physique est le SMVVMJH GH OM PMPLqUH G·XQH IRUPH j XQH MXPUHB HO \ M ÓXVPH XQ
ŃOMQJHPHQP G·MVSHŃP GH IRUPHB $PRPHV HP PROpŃXOHV QH ŃOMQJHQP SMVB ([ YMSRULVMPLRQ VROLGLILŃMPLRQ
érosLRQ"
- Une transformation chimique est le passage d'une espèce chimique à une nouvelle espèce chimique.
Les espèces chimiques de départ, appelées REACTIFS, se transforment en nouvelles espèces chimiques
appelées PRODUITS. Le phénomène permettant cette transformation chimique est appelé réaction
chimique. Exemples : décomposition, synthèses, oxydations, précipitations, certaines dissolutions. - Un mélange est juste une mise en commun de deux corps ensemble. Ex : huile + vinaigre. k) Différence entre transformation physique, transformation chimique, mélangeTests caractéristiques
Gaz Test
Dihydrogène
H2Détonation à
O·MSSURŃOH G·XQH
allumetteDioxyde de
carbone CO2Eau de chaux qui
se troubleEteint une flamme
de bougieDichlore Cl2 Gaz de couleur
verte qui pueDioxygène O2 Ravive une flamme
ou une braise (Liquide ou gaz)Eau H2O
Sulfate de cuivre
anhydre qui devient bleu2/ Energie
I·pQHUJLH HVP XQ ŃRQŃHSP MNVPUMLP TXL TXMQPLILH OM ŃMSMŃLPp G·XQ RNÓHP j HIIHŃPXHU GHV PUMQVIRUPMPLons.
I·pQHUJLH VH transfère et se transforme.
Unité officielle (SI) : le Joule (J).
a) 6RXUŃHV G·pQHUJLH IRUPHV G·pQHUJLHIHV VRXUŃHV G·pQHUJLH renouvelables VRQP GHV VRXUŃHV G·pQHUJLH inépuisables à O·pŃOHOOH GH O·OXPMQLPp
Soleil, eau, chaleur de la Terre (géothermie), vent, biomasseIHV VRXUŃHV G·pQHUJLH non- renouvelables VRQP GHV VRXUŃHV G·pQHUJLH épuisables à O·pŃOHOOH GH O·OXPMQLPpB
Il y a en 2 types :
o Sources fossiles : pétrole, gaz, charbon. o Source nucléaire : Uranium.IM IRUPH G·pQHUJLH ŃRUUHVSRQG MX P\SH G·pQHUJLH potentielle de position, cinétique, électrique,
lumineuse, ŃOLPLTXH POHUPLTXH PpŃMQLTXH QXŃOpMLUH PXVŃXOMLUH"6RXUŃH G·pQHUJLH )RUPH G·pQHUJLH
Pétrole, gaz, charbon Energie chimique
Uranium Energie nucléaire
Vent Energie cinétique (ou éolienne)
Soleil Energie lumineuse ( ou solaire)
Chaleur de la Terre Energie thermique (ou géothermique)Biomasse Energie chimique
Eau Energie cinétique ( ou hydraulique)
b) FRQYHUVLRQ G·pQHUJLHEx : pile qui alimente une lampe
8QH SLOH HVP XQ ŃRQYHUPLVVHXU G·pQHUJLH ŃOLPLTXH HQ pQHUJLH
électrique.
Ex : dynamo qui alimente une lampe
8Q MOPHUQMPHXU HVP XQ ŃRQYHUPLVVHXU G·pQHUJLH ŃLQpPLTXH HQ
énergie électrique.
c) Transfert d·pQHUJLH Il existe plusieurs façons GH PUMQVIpUHU G·XQ corps à un autre corps :ª Le PUMYMLO G·XQH IRUŃH.
ª Le transfert thermique par :
Conduction : sans transport de matière, du corps chaud vers le corps froid. Convection : avec transport de matière, entre des fluides chauds et froids. Rayonnement : par des ondes électromagnétiques. d) 3URGXŃPLRQ GH O·pQHUJLH pOHŃPULTXHIHV ŃHQPUMOHV pOHŃPULTXHV SURGXLVHQP O·pOHŃPULŃLPp GH OM PrPH PMQLqUH 2Q IMLP PRXUQHU XQH turbine (avec de la
YMSHXU G·HMX GX YHQP TXL IMLP PRXUQHU O·MLPMQP G·XQ alternateur.Aimant = Rotor
bobine statorAlternateur
Un alternateur HVP ŃRQVPLPXp G·XQ aimant + une bobine. I·MLPMQP MSSHOp URPRU PRXUQH GMQV XQH NRNLQH VPMPLTXH MSSHOpH 6PMPRUB Un alternateur est un ŃRQYHUPLVVHXU G·pQHUJLH ŃLQpPLTXH RX mécanique) en énergie électrique (Q 2016 HQ )UMQŃH 723 GH O·pQHUJLH pOHŃPULTXH SURYLHQP GHV ŃHQPUMOHV nucléaire et 19,1 % (eau, vent, bois, déchets, soleil) provient de sourcesG·pQHUJLH UHQRXYHOMNOHVB
2Q XPLOLVH OHV VRXUŃHV G·pQHUJLH Uenouvelables ou non renouvelable pour
IMNULTXHU GH OM YMSHXU G·HMX TXL IHUM HQVXLPH PRXUQHr la turbine puisO·MOPHUQMPHXUB
e) Energie cinétique, énergie potentielle de position, énergie mécanique.Energie mécanique Em :
I·pQHUJLH PpŃMQLTXH Em est la somme GH O·énergie cinétique Ec HP GH O·énergie de position EP :
Em = Ec + Ep
IRUV GH OM ŃOXPH G·XQ ŃRUSV O·pQHUJLH potentielle de position diminue et se convertit en énergie
cinétique TXL MXJPHQPHB I·pQHUJLH PpŃMQLTXH 6( F216(59( V·LO Q·\ M SMV GH " pertes » dans
O·HQYLURQQHPHQP j cause des frottements.
f) Sécurité routière GLVPMQŃH G·MUUrP GLVPMQŃH GH UpMŃPLRQ Ą GLVPMQŃH GH IUHLQMJH DA = DR + DF ¾ IRUV G·XQ IUHLQMJH O·pQHUJLH ŃLQpPLTXH (Ń est convertie en énergie thermique et déformation. ¾ Les dégâts engendrés lRUV G·XQ ŃORŃ VRQP SURSRUPLRQQHOV j O·pQHUJLH ŃLQpPLTXH GRQŃ j v².Si v x 2 AE dégâts x 4
DF GpSHQG GH O·pPMP GH OM URXPH GH O·pPMP GX véhicule, des conditions météo, de laYLPHVVH"
Ö La distance de freinage est multipliée par4 lorsque la vitesse est multipliée par 2
Ö La distance de freinage est multipliée par9 lorsque la vitesse est multipliée par 3
DR ne dépend que du chauffeur et de la
vitesse. g) Puissance électriqueLa puissance nominale ŃRUUHVSRQG j XQ GpNLP G·pQHUJLH HP ŃRUUHVSRQG j O·pQHUJLH ( pŃOMQJpH (reçue ou donnée)
pendant une durée t = 1 seconde.8Q RNÓHP HVP SXLVVMQP V·LO ŃRQYHUPLP XQ JUMQGH TXMQPLPp G·pQHUJLH HQ XQ PLQLPXP GH PHPSVB
En courant continu :
h) Energie électrique I·pQHUJLH PUMQVIpUpH SHQGMQP XQH GXUpH P j XQ MSSMUHLO GH SXLVVMQŃH QRPLQMOH 3 HVP Si P est en watt(W) et t est en seconde (s) alors E est en Joule (J)Si P est en watt(W) et t est en heure (h) alors E est en wattheure (Wh) 1Wh = 3600 J
Si P est en kilowatt(W) et t est en heure (h) alors E est en kilowattheure (kWh) 1kWh = 3 600 000 J
Exercice : 6MŃOMQP TX·XQ 1 NJO ŃRPH HQYLURQ 012 ½ ŃRPNLHQ ŃRPH 10 min de sèche-cheveux de puissance
1200 W?
E = P x t = 1,2 x (10/60) = 0,2 kWh
Ou autre méthode X 3 600 000
E = P x t = 1200 x 10 x 60 = 720 000 J
Dont le prix à payer est : 0,12 x 0,2 = 0,24 ½ facteurs DR dépend DF dépendBBB GH O
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