BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR

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1 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. DOSSIER 1 : IMIE F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 1/14

2 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. IMIE :ATOME ;MOLEULE ;REATION IMIQUE. 1. Les éléments chimiques. On distingue en chimie les corps simples, qui ne contiennent qu un seul élément chimique, des corps composés, constitués par plusieurs éléments. haque éléments possèdent un symbole commençant par une lettre majuscule, la première du nom de cet élément, suivi d une lettre minuscule(la seconde ou la troisième) si il y a risque de confusion. Exemple : Oxygène : O arbone : mais le cuivre : u pour l azote N car le nom d origine est le Nitrogène de même pour le Sodium Na car le nom d origine est Natrium Dans l univers les principaux éléments sont l hydrogène et l hélium quand à la terre elle est essentiellement constitueé de Silicium(Si),d oxygène (O),d aluminium(al),de magnésium(mg) et de fer (Fe). La composition chimique du bois varie peu quelle que soit l essence : arbone 50% : Oxygène 42% : ydrogène 6% : Azote 1% : 2. Les atomes onstitution de l atome. L atome est formé d un noyau autour duquel gravitent des électrons. On trouve dans le noyau les nucléons : protons et neutrons Un atome comporte autant de protons que d électrons, il est ainsi toujours électriquement neutre. Prenons le cas de l hydrogène, un seul électron gravite autour du noyau lui-même constitué d un seul proton, sachant que le rayon du proton et de l électron est de m et que la région ou il est le plus probable de trouver l électron est une sphère de rayon égal à environ m soit fois plus grand on s aperçoit que l atome est en très grande partie constitué de..vide! Si le proton était une petite sphère de 1m de rayon situé à Lille nous aurions des chances de voir passer l électron de même dimensions aux alentours de Lens!!!!!!!!!!!! Résumé : Protons Noyau m p =1, kg rayon 1, m harge :1, Atome Neutrons m n =m p Electrons m e = m p /1836 rayon 2, m harge :-1, F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 2/14

3 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat Numéro atomique Z et nombre de masse A. Le numéro atomique Z correspond au nombre de protons contenus dans le noyau. Le nombre de masse A correspond au nombre de nucléons du noyau (proton+neutron) omme il y a autant d électrons que de protons dans un atome, Z correspond aussi au nombre d électrons. Notation : Exemple de notation chimique pour le fluor A=19 Z=9 soit 9 protons 9 électrons => 19-9=10 neutrons. omplétez : F symbole de l élément Nom de l atome 12 6 carbone 23 11Na sodium U Uranium U Uranium hydrogène 2 deutérium 1 3 tritium 1 neutron protons d électrons 2.3. Isotopes. e sont des atomes ayant même numéro atomique Z mais un nombre masse A différent. Même nombre d électrons et de protons mais un nombre de neutrons différents Exemples : 14 6 et 12 6 sont deux isotopes, on trouve dans la classification le nucléide le plus répandu. A l état naturel on trouve l azote sous la forme d un mélange : 15 7 N N et ,636 % du premier et 0,364% du second, ces proportions restant quasiment les mêmes quel que soit l échantillon. Dans le tableau ci-dessus nous avons les isotopes de l uranium et de l hydrogène Masse molaire. La masse d un atome étant très faible on préfère considérer la masse d une mole d atome. La mole a été définie de la façon suivante (décret du 4 décembre 1975) La mole est la quantité de matière d un système contenant autant d entités élémentaires qu il y a d atomes dans 0,012kg de carbone 12 Il faut spécifier les entités élémentaires exemple : une mole d atome, de molécules, d ions.. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 3/14

4 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Dans une mole d atomes il y a N A 6, atomes On note n le nombre de moles Dans la classification périodique (voir document) figurent les masses molaires atomiques des éléments. ombien y a t-il de moles d atomes puis d atomes d argon dans 0,250kg de cet élément? Masse d argon m=250g Masse molaire atomique de l argon : M ar =40g.mol -1 On en déduit que le nombre de moles n d argon est : n ar =m ar /M ar =6, 25 moles Il y a dans 250g d Argon N A.n= 6, ,25= 37, atomes Amusons-nous, cela peut s écrire ,7625 MILLIONS DE MILLIARDS DE MILLIARDS D ATOMES Répartition des électrons. Les électrons se déplacent autour du noyau sur des couches ou des niveaux d énergie. haque couche est caractérisé par un nombre et une lettre; le nombre d électrons y est limité. Numéro de la couche Lettre d électrons 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N 2n²=2.4²=32 Avec n =numéro de la couche Plus le numéro de la couche augmente, plus elle est éloignée du noyau. La couche la plus éloignée du noyau est appelée couche externe ou couche périphérique. Représentation de Lewis. On représente le symbole de l élément autour duquel sont notés, à l aide d un point pour un électron ou d un tiret pour deux électrons, les électrons de la dernière couche, de manière à n avoir que 4 symboles au maximum. Exemples: L atome d hydrogène: 1 1. L atome de oxygène 16 8 O. O O F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 4/14

5 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. L atome de krypton Kr. Kr Kr L atome de carbone Dans la classification périodique : -les atomes rangés dans une même colonne ont même nombre d électrons sur leur couche externe, ce qui leur confère des propriétés chimiques voisines. -Les atomes d une même ligne font intervenir un même nombre de couches. Les éléments de la huitième colonne correspondent aux gaz rares ou nobles, ils ne donnent pratiquement pas de réactions chimiques on dit qu ils sont stables. Ils forment des molécules monoatomiques (corps simples) présentes dans l air en faibles proportions. Ils comportent huit électrons sur leur couche externe à l exception de l hélium (2). Au cours d une réaction chimique chaque atome essaiera d obtenir huit électrons sur sa couche externe afin d être le plus stable possible : c est la règle de l octet Les ions. Pour obtenir une plus grande stabilité les atomes vont tenter d obtenir huit électrons sur leur couche externe(ou deux pour les atomes proches de l hélium). Pour cela ils vont perdre ou gagner des électrons et former ainsi des ions positifs (cations : perte d un ou plusieurs électrons) ou négatifs (anions gain d un ou plusieurs électrons). Les éléments de la première colonne vont facilement perdre un électron pour former des cations Exemple :Li +,Na +, K +,.. Les éléments de la deuxième colonne perdront facilement deux électrons exemple :Mg 2+ Les éléments de la septième colonne gagneront facilement un électron :l - eux de la colonne six gagneront facilement deux électrons : ions oxyde O 2- ou sulfure S 2- Formule d un composé ionique : Na + l - :chlorure de sodium Le sodium perd un électron au profit du chlore, chacun des deux éléments a huit électrons sur sa couche externe. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 5/14

6 3. La molécule. BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat Définition. est un ensemble d atomes de même ou de différentes natures, on appelle atomicité le nombre d atomes constituant la molécule. L atomicité peut varier de un à plusieurs milliers notamment pour les matières plastiques, on parle alors de macromolécules Formule moléculaire. On y indique les symboles des atomes constituant la molécule avec en indice en bas à droite le nombre de ces atomes. Exemple : Le propane : 3 8 Une molécule de propane comporte 3 atomes de carbone et 8 atomes d hydrogène Le méthane : 4 Une molécule de méthane comporte 1 atome de carbone et 4 atomes d hydrogène Une formule moléculaire représente par convention une mole de molécules La constitution du bois La nature du bois varie selon sa nature : ellulose 50% environ, Lignine 20à30%. Puis en moindre importance :les hémicelluloses, les tannins, les sucres,les résines,les albuminoïdes,l amidon et les matières minérales que l on trouve dans les cendres. La cellulose est un hydrate de carbone de formule ( 6 10 O 5 ) plus condensé que l amidon ; il y a dans le bois différentes celluloses, de propriétés variables, qui constituent l essentiel des parois des cellules. La lignine est une matière complexe qui s apparente aux tannins et à l alcool coniférylique,c est une substance dure et colorée qui «incruste» les parois des cellules ;on dit que ces parois se «lignifient» 3.4. Masse molaire moléculaire : est la masse d une mole de molécule. Exemple :Masse molaire du sulfure d aluminium : M(Al 2 S 3 ) = 2M(Al) + 3M(S) = ,1 = 150,3g.mol -1 ombien y a t-il de moles de sulfure d aluminium dans 1,2kg de ce produit? nombre de moles masse molaire n=m/m masse =>n=1200/150,3=7,98 moles 3.5. La liaison covalente. est la mise en commun d atomes d une ou plusieurs paires d électrons, on appelle valence le nombre de doublets que se partagent les atomes. haque atomes va posséder le même nombre d électrons que le gaz noble qui le suit dans la classification périodique. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 6/14

7 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat Représentation de Lewis. Exemple Br : Br Br 2 : Br Br _ représente un doublet, il peut être liant ou non Doublet liant haque atome de Brome possède maintenant huit électrons sur sa couche périphérique. On peut représenter simplement les doublets liants pour obtenir la représentation de Lewis simplifiée :Br Br Autres exemples : Nom Formule brute représentation des atomes dihydrogène 2 représentation de la molécule caractéristiques dichlore l 2 Ammoniac N 3 Méthane 4 Dioxygène O 2 Diazote N 2 4. Ecriture des réactions chimiques : Lors d une réaction chimique les molécules vont se dissocier et se transformer en d autres molécules plus stables. Equation bilan : 2 2 +O O Réactifs «donne» produit Principe de conservation : «rien ne se perd rien ne créé tout se transforme» : Lavoisier. Les équations bilans doivent être équilibrées tous les atomes présents dans les réactifs doivent se retrouver en même quantité dans les produits Dans l exemple 2 2 O signifie deux molécules d eau (2( 2 O)) et non deux atomes d hydrogène et deux atomes d oxygène. Les coefficients placés devant les molécules sont appelés coefficients stœchiométriques. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 7/14

8 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. 5. ombustion des alcanes. Les alcanes sont des hydrocarbures (hydrogène et carbone)de type : n 2n+2 On a : Le méthane : 4 L éthane : 2 6 Le propane : 3 8 Le butane : 4 10 Le pentane : 5 12 (n=1) (n=2) (n=3) (n=4) (n=5) exane, eptane, Octane etc On ne plus ajouter d atomes à ces molécules ce sont des hydrocarbures saturés. La combustion des alcanes se fait dans le dioxygène les produits sont l eau et le gaz carbonique (dioxyde de carbone). exemple : /2 O O + 4 O 2 IL y a destruction de la chaîne carbonée et formation de dioxyde de carbone et d eau. Il peut y avoir combustion incomplète, dans le cas d une insuffisance en dioxygène, et production de carbone Les alcanes sont utilisés comme carburants dans les moteurs à explosion. L essence et le gazole sont des mélanges d hydrocarbures saturés oncentration d une solution oncentration massique d une solution. La concentration massique d une solution représente la quantité de soluté dissoute dans un litre de solution. Elle s exprime en g/l. Exemple. L eau de la mer Méditérranée contient 35 kg de sel par m 3. Sa concentration massique est de : c = 35kg/m 3 =35 000g/1000 dm3=35g/dm3=35g/l. Exemple. Dans 360 ml d eau on dissous 10g de sucre. alculer sa concentration massique. Montrez que la concentration massique est c =27,8g/L oncentration molaire d une solution. La concentration molaire d une solution représente la quantité de soluté dissoute dans un litre de solution. Elle s exprime en mol/l. Exemple. L eau de la mer Méditérranée contient 35 kg de sel par m 3. Sa concentration massique est de : c = 35kg/m 3 =35 000g/1000 dm3=35g/dm3=35g/l. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 8/14

9 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. alculer la masse molaire de la molécule de sel Nal M(Nal)=M(Na) + M(l) M(Nal)=23 g.mol ,5g.mol -1 =58,5 g.mol -1. mole dans 35g de sel 35/58,5=0,6 moles. On a donc une concentration de 0,6 mol/l. n Formule : c avec c qui est la concentration, n le nombre de moles et V le volume en L. V 6. Le p Acides. e sont des substances corrosives, sous forme de solution aqueuse, où l ion hydronium 3 O + est présent. Exemple: l acide chloridrique est une solution de chlorure d hydrogène (l), gaz très soluble dans l eau. cl + 2 O ( 3 O +, l - ) gaz + eau acide chloridrique La réaction d un acide est d autant plus vive que la concentration en ions 3 O + est grande, c est donc tout naturellement la «force» d un acide : le p dépendra de cette concentration. cette concentration définit le p de la manière suivante: [ 3 O + ]=10 -p mol/l. Soit p=-log [ 3 O + ]. Echelle des p. [ 3 O + ] mol/l p acidité croissante neutre Le p d une solution neutre est de 7, d une solution acide <7 et très acide 1 et < Mesure du p. On peut utiliser du papier p, papier imprégné d indicateur coloré ou un p-mètre. oca-cola :p=2 eau du robinet p=6, Les bases. e sont des substances qui attaquent les tissus organiques, l ion hydroxyde O - y est présent. Exemple: la soude NaO ( Na +, O - ) dissolution Le p des solution basiques : il dépend de la concentration en ions hydroxyde O -. [O - ] mol/l p Le p d une solution neutre est de 7, d une solution basique >7 et très basique 13 et > Résumé. [ 3 O + ] mol/l p [O - ] mol/l [ 3 O + ]x[o - ] solution acide neutre solution basique F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 9/14

10 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Exercice 1 : Equilibrer les équations suivantes : Exercices : Fe + O 2 Fe 2 O l 2 l N N 3 Remarque :Le signe indique qu il n y a pas réaction totale, il reste donc du N 2, du 2 et du N 3 dans le milieu réactionnel. Al + l All Fel 2 + NaO Fe(O) 2 + Nal Remarque : Le fait de mettre (O) 2 et non O 2 2 insiste sur les propriétés du groupe O. All 3 + NaO Al(O) 3 + Nal 4 + O 2 O O 2 2 +l l 4 Zn + l Znl Al + 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) Exercice n 2: molécule formule Masse molaire :M Eau Masse du produit :m 3,5kg moles :n Octane Propane O mg 12,5kg F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 10/14

11 Exercice n 3. BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Ecrire l équation de combustion complète de l éthane. Exercice n 4. Le GPL est constitué de 50% de butane et de 50 % de propane, écrire l équation de combustion. Exercice n 5. L un des gaz responsables de l effet de serre est le dioxyde de carbone or les moteurs d automobiles sont l une des causes de rejet de O 2 dans l atmosphère. Sachant que l on peut considérer que l octane ( 8 18 ) est le principale constituant de l essence : 1) Ecrire l équation bilan de la réaction de combustion de l octane, on suppose la réaction complète. 2) Ecrire la relation de proportion. 3) alculer la masse molaire de l octane. Exercice n 6. On brûle 200g par heure de propane dans du dioxygène, la combustion est complète. a)ecrire l équation de combustion. b)déterminer le nombre de moles de propane. c)déterminer le nombre de moles de dioxygène. d)déterminer la masse d eau à évacuer par heure. en déduire le volume d eau à évacuer. Exercice n 7. Un composant d un carburant a pour formule développée : 1) Indiquer la formule brute de ce corps. 2) Justifier l appartenance de ce corps à la famille des alcanes. 3) Indiquer le nom de cet alcane. 4) alculer la masse molaire moléculaire de ce corps. On donne les masses molaires atomiques suivantes : M() = 12 g/mol et M() = 1 g/mol. 5) alculer la masse de dioxyde de carbone produite par la combustion complète de 228 g de ce corps dans le dioxygène sachant que la combustion d une mole de cet alcane permet d obtenir 8 moles de O 2. On donne la masse molaire moléculaire : M(O 2 ) = 44 g/mol. F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 11/14

12 I 1 1 1, ,9 Li ,0 Na ,1 K ,5 Rb ,9 s Fr II 4 9 9,0 Be ,3 Mg ,1 a ,6 Sr ,3 Ba Ra ,0 Sc ,9 Y ,9 La Ac ,9 Ti ,2 Zr ,5 f ,1 e ,0 Th ,9 V ,9 Nb ,9 Ta ,9 Pr ,0 Pa ,0 r ,9 Mo ,9 W ,2 Nd ,0 U ,9 Mn Tc ,2 Re Pm ,0 Np ,8 Fe ,1 Ru ,2 Os ,4 Sm Pu o ,9 Rh ,2 Ir ,0 Eu Am ,7 Ni ,4 Pd ,1 Pt ,3 Gd m ,5 u ,0 Ag ,0 Au ,9 Tb Bk ,4 Zn ,4 d ,6 g ,5 Dy f III ,8 B ,0 Al ,7 Ga ,8 In ,4 Tl ,9 o Es IV , ,1 Si ,6 Ge ,7 Sn ,2 Pb ,3 Er Fm V ,0 N ,0 P ,9 As ,8 Sb ,0 Bi ,9 Tm Md VI ,0 O ,1 S Se ,6 Te Po ,0 Yb No VII ,0 F ,5 l ,9 Br ,9 I At ,0 Lu Lr VIII 2 4 4,0 e ,2 Ne ,9 Ar ,8 Kr ,3 Xe Rn I II III IV V VI VII BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Gaz : Italique rouge Liquide : Italique gras vert Solide : noir F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 12/14

13 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Actinium :Ac Aluminium :Al Américium :Am Antimoine :Sb Argent :Ag Argon :Ar Arsenic :As Astate :At Azote :N Baryum :Ba Berkélium :Bk Béryllium :Be Bismuth :Bi Bore :B Brome :Br admium :d alcium :a alifornium :f arbone : érium :e ésium :s hlore :l hrome :r obalt :o uivre :u urium :m Dysprosium :Dy Einsteinium :Es Erbium :Er Etain :Sn Europium :Eu Fer :Fe Fermium :Fm Fluor :F Francium :Fr Gadolinium :Gd Gallium :Ga Germanium :Ge afnium :f élium :e olmium :o ydrogène : Indium :In Iode :I Iridium :Ir Krypton :Kr Lanthane :La Lawrencium :Lr Lithium :Li Lutétium :Lu Magnésium :Mg Manganèse :Mn Mendélévium :Md Mercure :g Molybdène :Mo Néodyme :Nd Néon :Ne Neptunium :Np Nickel :Ni Niobium :Nb Nobélium :No Or :Au Osmium :Os Oxygène :O Palladium :Pd Phosphore :P Platine Plomb :Pb Plutonium :Pu Polonium :Po Potassium :K Praséodyme :Pr Prométhium :Pm Protactinium :Pa Radium :Ra Radon :Rn Rhénium :Re Rhodium :Rh Rubidium :Rb Ruthénium :Ru Samarium :Sm Scandium :S Sélénium :Se Silicium :Si Sodium :Na Soufre :S Strontium :Sr Tantale :Ta Technétium :Tc Tellure :Te Terbium :Tb Thallium :Tl Thorium :Th Thulium :Tm Titane :Ti Tungstène :W Uranium :U Vanadium :V Xénon :Xe Ytterbium :Yb Yttrium :Y Zinc :Zn Zirconium :Zr Utilisation de la classification périodique : charges : Z ,0 masse de l isotope le plus abondant :A Masse molaire F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 13/14

14 BREVET DE TENIIEN SUPERIEUR Systèmes onstructifs Bois et abitat. Exercice 1 : omplétez : Exercice 2 : symbole de l élément Placer les électrons sur les différentes couches en déduire le modèle de Lewis 14 L atome d azote N 7. Nom de l atome Argent uivre neutron protons d électrons N N L atome de Fluor 19 9 F. F F Exercice 3 : Déterminer le nombre de moles d atomes de fer contenu dans 3kg de ce produit. Exercice 4 : Qu elle est la masse de 32 moles d atomes de carbone. Exercice 5 : Donner la composition en protons, neutrons et électrons de l ion Mg 2+ Exercice 6 : alculez la masse molaire de l ammoniac (N 3). alculez la masse molaire du propane ( 3 8 ) Exercice 7 : NO O NO 3 + NO NO O 2 NO N 2 O 6 O O + N 2 2 S + SO 2 2 O + S u + O u(o) 2 F.Duhamel FA-Lens- B.T.S S..B. Page N 14/14