[PDF] PHYSIQUE CHIMIE COURS Classe de seconde. PHYSIQUE CHIMIE.

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Classe de seconde

PHYSIQUE CHIMIE

COURSWulfran Fortin (rév. 2023)PHYSIQUE CHIMIE 2 e iiTable des matières

1 Description et caractérisation de la matière à l'échelle macroscopique

1

1.1 Corps purs et mélanges

1

1.2 Composition d'un mélange

2

1.3 Solutions aqueuses

3

1.4 Dosage par étalonnage

5

1.5 Fiche d'exercices corrigés

6

2 Modélisation de la matière à l'échelle microscopique

7

2.1 Du macroscopique au microscopique

7

2.2 Le noyau de l'atome

8

2.3 Le cortège électronique de l'atome

9

2.4 Vers des entités plus stables

9

2.5 Compter les entités dans un échantillon de matière

12

2.6 Fiche d'exercices corrigés

14

3 Modélisation des transformations de la matière et transfert d'énergie

17

3.1 Transformation physique

17

3.2 Transformation chimique

18

3.3 Transformation nucléaire

20

3.4 Reconnaître le type de transformation à partir de l'équation de réaction

21

3.5 Fiche d'exercices corrigés

21

4 Mouvement et interactions

23

4.1 Décrire un mouvement

23

4.2 Vecteurs et cinématique

24

4.3 Quelques types de mouvements

26

4.4 Modélisation d'une action sur un système

26

4.5 Principe d'inertie

29

4.6 Fiche d'exercices corrigés

29

5 Ondes et signaux31

5.1 Émission et perception d'un son

31

5.2 Vision et image

34

5.3 Signaux et capteurs

36

5.4 Fiche d'exercices corrigés

39

6 Annexes41

6.1 Table de la classiification périodique des éléments

41
iiiPHYSIQUE CHIMIE 2 e ivChapitre 1 Description et caractérisation de la matière à l"échelle macroscopiqueIntroduction À notre échelle, la matière nous apparaît sous forme solide, liquide ou gazeuse. Elle est constituée d'une même espèce chimique ou peut être un mélange en apparence ho- mogène ou hétérogène. Le chimiste ou le physicien va pouvoir analyser la composi- tion de la matière en pesant et mesurant des volumes de matière.1.1Corps pur set mélang es 1.1.1

Corps pur

DéifinitionUncorps purest composé d'une seule espèce chimique. ExempleL'eau distillée ne contient que des molé- cules d'eauH2O(voir ifigure1.1 ), le cuivre pur ne contient que les atomes deCu, le dioxygène n'est constitué que de moléculesO2.FIGURE1.1- L'eau pure ne contient que des molécules d'eau 1.1.2

Mélang e

DéifinitionUnmélange contient plusieurs espèces chimiques. Le mélange esthomogènesi les espèces chimiques ne sont pas discernables. Dans le cas

contraire, le mélange esthétérogène.ExempleL'air, l'eau salée (voir ifigure1.2 ) ou su-

crée sont des mélanges homogènes. Le sang, le lait sont des mélanges hétérogènes.FIGURE1.2- L'eau salée contient des ions Cl-et Na+ 1.1.3

Identification d"espèces c himiquespar des

méthodes physiques

Méthodes physiquesUneespèce chimiquepeut

être identiifiée par

ses températures de changement d'état sa masse volumique ρpar rapport à celle de l'eau

La masse volumique de l'eau vautρ=1.0g.mL-1.

Masse volumiqueρLamasse volumiqueρd'un

corps (solide, liquide ou gaz) est le coefificient de proportionnalité entre sa massemet son volumeV. m=ρ×V L'unité de la masse volumique dépend des unités choisies pour la masse et le volume. Simest en gramme (g) etVen millilitre (mL) alorsρest en gramme par millilitre (g.mL-1).

ExempleLa masse d'un volume d'eau de 20mL

peut se calculer connaissant sa masse volumique de la façon suivante m=ρ×V =1.0g.mL-1×20mL =20g 1+ -PHYSIQUE CHIMIE 2 e peut se calculer de la manière suivante m=ρ×V on isole le volume mρ =ρ×Vρ

V=mρ

on convertit la masse

V=1.5×103g1.0g.mL-1

V=1.5×103mL

V=1.5L

1.1.4

Identification d"espèces c himiquespar des

méthodes chimiques Test de présence de l'eauLa présence d'eau peut être mise en évidence par le test au sulfate de cuivre anhydre, poudre de couleur blanche, qui devient bleue en présence d'eau. On peut verser une goutte de liquide à tester dessus ou déposer un peu de (ifigure 1.3 ).FIGURE1.3- La présence d'eau est conifirmée par la coloration en bleu du sulfate de cuivre anhydre

Test de présence du dihydrogèneLe dihydro-

gèneH2se détecte par le test de la lflamme qui pro- voque une petite explosion (ifigure 1.4 ). Attention, la quantité de gaz à tester doit être très faible, dans un petit tube à essai, car la réaction de combustion est très violente! Test de présence du dioxygèneLe dioxygène se détecte en plaçant un charbon incandescent dans un récipient où il y a du dioxygène. Le charbon va s'en- lflammer grâce à l'oxygène (ifigure 1.5

Test de présence du dioxyde de carboneLe di-

oxyde de carbone se détecte en faisant barboter le de la formation d'un précipité (ifigure 1.6 par une explosion. Attention, ce test doit être fait avec de très petites quantités de gaz, l'explosion étant très violente.FIGURE1.5- La présence de dioxygène ravive une

lflamme à l'extrémité d'un bout de bois incandescent.FIGURE1.6- La présence de dioxyde de carbone

trouble l'eau de chaux où barbote le gaz à tester. 1.2 Composition d"un mélang e1.2.1Composition en masse DéifinitionDans unmélange d'espèces chimiquesde masse totalem, une des espèces chimiques a une massemi. Voir ifigure1.7 . On calcule alors sonpour- centage en massegrâce à la formule m im

×100

qui s'exprime en %mas. Donner lacomposition en masse du mélangec'est donner les pourcentages en masse de tous les composants.

Exemple simpleUne solution contient 5.00g

d'hydroxyde de sodiumNaOHdans 100gd'eau. La

2CHAPITRE 1. DESCRIPTION ET CARACTÉRISATION DE LA MATIÈRE À L'ÉCHELLE

MACROSCOPIQUEFIGURE1.7- Composition en masse d'une espèce d'un mélange masse totale seram=100+5=105get donc le pourcentage en masse d'hydroxyde sera

5.00105

×100=4.77 %mas

Exemple difificileOn veut savoir quelles masses

de chlorure de sodium NaCl et d'eauH2Oprendre pour avoir 175gd'une solution à 15 %masen chlo- rure de sodium.

Si j'appelleala masse de chlorure de sodium etbla

masse d'eau, je peux écrire que la masse totale sera a+b=175g

Si il y a 15 %masen chlorure de sodium, je peux

aussi écrire que b175

×100=15

En divisant à gauche et à droite par 100 puis en sim- pliifiant b175 =0.15 et enifin en multipliant à gauche et à droite par 175 et en simpliifiant b=26.25 c'est à dire qu'il faut une masse de chlorure de so- diumb=26.25gqu'on dissoudra dans une masse a=175-b=148.75gd'eau. 1.2.2

Composition en v olume

DéifinitionDans un mélange d'espèces chimiques de volume totalV, une des espèces chimiques a un volumeVi. Voir ifigure1.8 . On calcule alors sonpour- centage en volumegrâce à la formule V iV

×100

qui s'exprime en %vol. Donner lacomposition en volume du mélangec'est donner les pourcentages en volume de tous les composants.FIGURE1.8-Compositionenvolumed'uneespèced'un mélange

Cas de l'airL'air que nous respirons a la compo-

sition en volume moyenne suivante (tableau 1.1 et graphiques ifigure 1.9 ).Élément

Volume

(en%vol)AzoteN278.09

OxygèneO220.95

ArgonAr0.93

Dioxyde de carboneCO20.035

Autres gaz ...TABLE1.1- Composition en volume de l'atmosphère terrestreFIGURE1.9- Représentations graphiques de la com- position en volume de l'atmosphère

ExempleSi on prend un volume d'airV=5.2L,

alors d'après le tableau 1.1 , comme la composition en volume en azote est de 78.09 %, on peut écrire V i5.2L×100=78.09 On divise à gauche et à droite par 100 puis on mul- tiplie à gauche et à droite par 5.2L, on a alors le volume d'azote V i=4.1L 1.3

Solutions aqueuses 1.3.1Solution

DéifinitionUnesolutionse constitue d'un liquidele solvantdans lequel est dissoutle solutéqui est une

3masse totale mmasse m

i d'une espèce du mélangevolume total V volume V i d'une espèce du mélangeN 2 O 2 Ar CO 2 autres 050
N 2 O 2 ArCO 2 et autres % volPHYSIQUE CHIMIE 2 e espèce chimique moléculaire ou ionique. Voir la ifi- gure 1.10 . Si le solvant est de l'eau, on parle deso- lution aqueuse.FIGURE1.10- Une solution se compose d'un soluté dissout dans un solvant 1.3.2

Concentration en masse

DéifinitionLaconcentration en masse Cmd'une so- lution est le rapport entre la massemdesolutépré- sent et le volumeVdesolution Cm=mV

Les unités sont

pour la masse m: le grammeg pour le volume V: le litreL pour la concentration en masse Cm: le gramme par litreg.L-1

ExempleSi on dissout une massem=5.75kgde

sucre dans un volumeV=0.75m3, on peut calcu- ler la concentration en masseCmde cette solution. Dans un premier temps, on va convertir les valeurs demen gramme et deVen litre. m=5.75kg =5.75×103g comme il y a1000L dans1m3

V=0.75m3

=0.75×1000L =750L

On a donc ifinalement

Cm=mV =5750g750L=7.67g.L-1 1.3.3

Concentration maximale

DéifinitionPour unsoluté donné, il existe une concentration maximaleque l'on peut atteindre et au delà de laquelle lesoluté apportén'est plus capable de se dissoudre dans le solvant. Voir ifigure 1.11 .FIGURE1.11- Une solution de concentration en masse théorique t supérieure à une concentration maximale t maxne sera pas réalisable, car il restera du solide im- possible à dissoudre car la concentration maximale est atteinte.

ExempleOn peut dissoudre au maximum 358g

de chlorure de sodium dans 1.00Ld'eau à 20oC. d'eau pur seulement 2,4mgde ce sel. Pour le glu- cose, on peut dissoudre dans un litre d'eau environ

900gde cristaux de glucoses.

1.3.4

Réalisation d"une solution

tration en masse Cm, on doit peser une massem de soluté de manière à avoir une concentration en masse Cm=mV Ensuite, on procède à sa dissolution dans une ifiole jaugée de volumeV. Voir ifigure1.12 page 5 .

ExempleOn veut fabriquer 200mLd'une solution

de glucose de concentration en masse 5.4g.L-1. On va calculer la masse de glucose à prélever.

CommeCm=mV

, on peut isolermet m=Cm×V On sait que le volume de solution à fabriquer est

V=200mL=0.200Let on connaîtCmdonc on

va prélever une masse de glucose m=5.4g.L-1×0.200L=1.08g 1.3.5

Dilution d"une solution

Si on a unesolution mèrede concentration en

masseCmmèreet de volumeVmèreon peut fabriquer unesolution ifillede volumeVifilleet de concentration Cm ifilleen ajoutant du solvant et on aura la relationquotesdbs_dbs6.pdfusesText_11

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