Carte mentale 1ère Spé

Propriétés physico-chimiques, synthèses et combustions d'espèces chimiques organiques

Suivi de l'évolution d'un système, siège d'une transformation

De la structure des entités aux propriétés physiques de la matière

Constitution et transformations de la matière

Aspects énergétiques des phénomènes mécaniques

Aspects énergétiques des phénomènes électriques

L'énergie : conversions et transferts

La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire

ère

Ondes mécaniques

P. Mourelon

Carte mentale1 Spécialité

Mouvement d'un système

Description d'un fluide au repos

Interactions fondamentales et introduction à la notion de champ

Mouvement et interaction

Ondes et signaux

Force : Champ :

Force : Champ :

• Par frottement
• Pas influence
• Par contact

Force et champ électrostatique

Force et champ de gravitation

Loi de Coulomb

Interaction électrostatique

P. Mourelon

Masse volumique Pour un liquide > pour un gaz Proximité des entités

Pression Mesurée grâce à un manomètre Choc des entités

Température Mesurée grâce à un thermomètre Agitation des entités

Fluide Pas de mouvement d'ensemble Mouvement incessant et désordonné des entités

Grandeurs : Echelle macroscopique : Echelle microscopique :

B A A B

P - P = ρ.g.(z - z )

(Unité : F en N, P en Pa, S en m²)

F = P.S

P.V = Constante

Grandeurs macroscopiques et comportement microscopique

Loi fondamentale de la statique des fluides

Force pressante

Loi de Mariotte

P. Mourelon

P. Mourelon

Le vecteur variation vitesse est lié à la résultante des forces s'exerçant sur le système étudié

Plus la masse est élevée, plus la valeur du vecteur variation vitesse est faible

Rôle de la masse

Vecteur variation de vitesse

I = Q / ∆ t

Conducteur électrique : sens conventionnel du courant est celui des charges positives donc de la borne + vers la borne -. Les électrons vont dans le sens inverse.

Lien entre intensité et débit de charges

η = Putile/Preçue = Eutile / Ereçue

J J

Energie dissipée par effet Joule : E = P x ∆t = R x I x ∆t

Puissance électrique reçue par un dipôle ohmique dissipée par transfert thermique.

Effet Joule

Une source réelle de tension est modélisée par l'association en série d'une source idéale de tension et d'un conducteur ohmique

Modèle d'une source réelle de tension continue

(Unité : P en Watt, U en Volt, I en Ampère, E en Joule et t en seconde)

P = U.I E = P. ∆ t

• Dipôle générateur : la puissance est fournie
• Dipôle récepteur : la puissance est reçue

Puissance et énergie

Particules chargées positivement ou négativement

Porteurs de charge

P. Mourelon

Rendement

• Conversion de l'énergie mécanique si la somme des travaux des forces s'exerçant sur le système est nulle ou s'il n'y a que des forces conservatives.
• Non conservation de l'énergie mécanique si le système n'est soumis qu'à des forces non-conservatives dont le travail n'est pas nul.

Variation de l'énergie mécanique

Si son travail dépend de la trajectoire. Exemple : Les forces de frottement

Si son travail ne dépend pas de la trajectoire. Exemple : Le Poids

• > 0 : Moteur
• = 0 : Nul
• < 0 : Résistant

• Energie cinétique : Ec = 1/2 m v²
• Energie potentielle de pesanteur : Epp = m g h
• Energie mécanique : Em = Ec + Epp

Energies

Force non-conservative

Force conservative

Théorème de l'énergie cinétique

Travail d'une force

P. Mourelon

P. Mourelon

Détermination d'une quantité de matière grâce à une transformation chimique

Détermination de la composition du système initial à l'aide de grandeurs physiques

Suivi et modélisation de l'évolution d'un système chimique

A = ε.l.c

Exemple KMnO : Couleur perçue violet, couleur absorbée vert/jaune (540 nm)

Couleur perçue = couleur complémentaire de la couleur absorbée

n = m / M ou n = C.V

• Pour liquide : n = (ρ×V) / M
• Pour gaz : n = V(gaz) / V(molaire)

Quantité de matière

C = Cm / M ou Cm= C. M

Concentration massique : Cm = m / V

Concentration molaire : C = n / V

-1

∑ M(entité)

23 -1

• entité : M(entité) = m(entité) × Na
• espèce : M(espèce) =

avec Na = 6,02.10 mol M en g.mol

Masse molaire

P. Mourelon

Loi de Beer-Lambert

Couleur d'une espèce en solution

Concentration

Couple : (Ox/Red) Oxydation : Red = Ox + n e Réduction : Ox + n e = Red Equation d'oxydoréduction : Ox(1) + n e = Red(1) Red(2) = Ox(2) + n e Ox(1) + Red(2) = Red(1) + Ox(2)

Réaction d'oxydo-réduction

Tableau d'avancement

Réactif limitant = Réactif totalement consommé en premier x(max) le plus petit Comment trouver x(max) :

• Hypothèse 1 : A est réactif limitant alors n (A) - 3 x(max) = 0
• Hypothèse 2 : B est réactif limitant alors n (B) - x(max) = 0

Si xf = x(max) : transformation totaleSi xf < x(max) : transformation partielleMélange stoechiométrique = réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

P. Mourelon

L'équivalence : réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

L'équivalence

changement de couleur = équivalence

Titrage avec suivi colorimétrique

Avant l'équivalence : Après l'équivalence :

P. Mourelon

P. Mourelon

De la structure à la cohésion et à la solubilité/miscibilité d'espèces chimiques

De la structure à la polarité d'une entité

Liaison polarisée : différence d'électronégativité entre les deux atomes > 0,4. Molécule polaire : position des charges partielles positives et négatives non confondues

• Tétraédrique : atome central lié à 4 atomes

• Pyramide à base triangulaire : atome central lié à 3 atomes + 1 doublet non liant
• Triangulaire : atome central lié à 3 atomes
• Coudée : atome central lié à 2 atomes + 2 doublets non liants

ou 2 atomes + 1 doublet non liant

• Linéaire : atome central lié à 2 atomes

Electronégativité

Géométrie des entités

Schéma de Lewis

P. Mourelon

Polaire Apolaire

Espèces amphiphiles car composées d'une chaîne carbonée (lipophile) et d'un ion carboxylate (hydrophile). Espèces amphiphiles = tensioactifs

• Soluté ionique soluble dans solvant polaire
• Molécule polaire soluble dans solvant polaire
• Molécule apolaire soluble dans solvant apolaire

• Le soluté doit être soluble dans le solvant choisi
• Les autres espèces du mélange ne doivent pas être soluble dans le solvant choisi
• Le solvant choisi doit être le moins dangereux possible pour la santé et l'environnement

solution

p+ p+

Concentration des ions : [M ] = n(M )/V

Dissociation Solvatation Dispersion

p+ n-

n p (s) (aq) (aq)

M X --> n M + p X

eau

Savons

• Interaction électrostatique : entre les ions des composés ioniques
• Interaction de Van der Waals : entre molécules polaires ou apolaires
• Liaison hydrogène : entre un atome d'hydrogène lié à un atome très électronégatif

et un doublet non liant d'un atome électronégatif

Solubilité dans un solvant

Extraction liquide-liquide

Dissolution

Cohésion dans un solide

P. Mourelon

P. Mourelon

Conversion de l'énergie stockée dans la matière organique

Synthèse d'espèces chimiques organiques

Structure des entités organiques

Permet de déterminer la structure d'une molécule inconnue

• Formule brute : symboles + nombre des atomes (exemple CH 0H)
• Formule semi-développée : symbole des atomes + liaisons (exemple : )

P. Mourelon

Spectroscopie infrarouge

Familles fonctionnelles

Formule brute et semi-développée

1. colonne de vigreux
2. réfrigérant
3. chauffe-ballon
4. ballon
5. éprouvette graduée

CCM

Montage à reflux

Distillation fractionnée

1. réfrigérant à boule
2. bouchon
3. ballon
4. chauffe-ballon
5. Support

P. Mourelon

• Transformation des réactifs
• Isolement : décantation, distillation, filtration...
• Purification : séchage, recristallisation ...
• Analyse : banc Köfler, mesure de la température d'ébullition / de la masse volumique, CCM, spectre IR...

Dispositifs expérimentals

Etapes d'un protocole

Rendement d'une synthèse

Energie renouvelable

Microalgues

Biomasse

Biocarburant

Réduire production de dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, gaz à effet de serre...

(Unité : E en joule, m en kg, PC en J/kg)

(Unité : E en Joule)

Energie de réaction

Energie libérée par la combustion d'un kilogramme de combustible

Pouvoir calorifique

Pour les combustions :

• < 0 car libère de l'énergie
• appelée énergie molaire de combustion

Energie molaire de réaction

L (g)

E : Energie à fournir pour rompre les liaisons d'une mol de molécules AB toujours > 0 en J/mol

x y z

2 2 2

Réaction d'oxydoréduction entre les couples : (O / H O) et (CO / C H O )

Réaction de combustion

P. Mourelon

Enjeux de société

Energie molaire de liaison

v = λ / T

Périodicité spatiale : Longueur d'onde λ (en mètre) est la plus petite distance séparant deux points du milieu dans le même état vibratoire à un instant donné.

Périodicité temporelle : Période T (en seconde) est la plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète, Fréquence (en Hz), f = 1/T

B A

τ = t - t

Longitudinale Transversale

Phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière mais d'énergie.

Périodicité spaciale et temporelle

Retard

Célérité d'une onde

Onde mécanique progressive

P. Mourelon

P. Mourelon

Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

Images et couleurs

Image réelle : obtenue sur un écran Image virtuelle : ne peut se former sur un écran Gt > 0 : Image droite Gt < 0 : Image renversée

Vision des couleurs

Synthèse soustractive

Synthèse additive

P. Mourelon

Les lentilles

Quantification des niveaux d'énergie des atomes

Interaction lumière-matière

Energie d'un photon

Relation entre longueur d'onde, célérité de la lumière et fréquence

Domaine spectral

P. Mourelon