[BILAN DES CONNAISSANCES ]

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1 année : LYCEE JEHAN DE CHELLES [BILAN DES CONNAISSANCES CONNAISSAN DE SECONDE EN SCIENCES ] PHYSIQUES ET CHIMIQUES CHIMIQUES FONDAMENTALES APPLIQUEES APP Livret créé pour aider les élèves de seconde à faire f un bilan des connaissances acquises au cours de leur année de seconde second

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3 La constitution de la matière La matière est constituée d atomes, d ions et de molécules. 1. L ATOME Caractéristiques de l atome Composition : Charge électrique : Masse de l atome : Pourquoi dit-on que l atome a une structure lacunaire? 1. Constitution de l atome a. Le noyau Les particules présentes dans le noyau atomique sont les Qu est-ce qu un nucléon? Le nombre de nucléons d un noyau est représenté par la lettre :. C est le nombre de masse. Le nombre de protons d un noyau est représenté par la lettre :. c est le numéro atomique. Il caractérise l élément chimique. Qu appelle-t-on élément chimique? Le nombre de neutrons n est pas caractéristique de l élément chimique. Qu appelle-t-on des atomes isotopes? Exemples : Isotopes de l atome d hydrogène : Isotope du chlore : Le noyau atomique est représenté symboliquement par la notation : ; où X correspond au symbole du noyau atomique considéré 01/04/2012 Page 3 sur 27 MERCY Jean-François

4 Exemples : hydrogène deutérium tritium l oxygène carbone cuivre b. Le cortège électronique Les électrons du cortège électronique se répartissent dans des couches électroniques. Couche électronique Nombre maximal d électrons Lorsqu une couche est pleine, on dit qu elle est saturée. Comment déterminer la structure électronique de l atome? La stabilité chimique des éléments est directement liée à leur structure électronique. Les éléments ayant leur couche électronique externe saturée présentent une grande inertie chimique. Exemples : Pour acquérir cette stabilité les atomes des autres éléments s assemblent en molécules ou donnent des ions. Ils évoluent de manière à avoir une couche externe saturée. On dit qu ils suivent la règle du duet ou de l octet. Règle du duet : Règle de l octet : 01/04/2012 Page 4 sur 27 MERCY Jean-François

5 2. Classement des atomes En 1869, Dimitri Mendeleïev propose une classification basée sur les masses atomiques, mais c est là son génie, son classement tient aussi compte des propriétés chimiques des éléments. Classification périodique des éléments (simplifiée) Les atomes sont classés par numéro atomique croissant. Le parcours d une ligne correspond au remplissage d une couche électronique, les couches inférieures étant saturées. Dans une même ligne (ou période) : Dans une même colonne : Les éléments d une même colonne ont des propriétés chimiques similaires, ils constituent une famille chimique. Ces ressemblances chimiques sont dues aux structures électroniques externes semblables. Les familles chimiques : - Première colonne (I) : - Deuxième colonne (II) : - Avant dernière colonne (XVII) ou 7 ème colonne : - Dernière colonne (XVIII) ou 8 ème colonne : 2. LES IONS Un ion est un atome (ion monoatomique) ou un groupement d atomes (ion polyatomique) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Afin de gagner en stabilité, l atome gagne ou perd un ou plusieurs électrons. La structure électronique la plus stable est lorsque la couche externe est saturée. 01/04/2012 Page 5 sur 27 MERCY Jean-François

6 Prévision de la charge d un ion monoatomique : 3. LES MOLECULES Une molécule est un groupement d atomes. Elle est donc électriquement neutre. 1. Formation des molécules Pour gagner en stabilité l atome peut former une ou plusieurs liaisons covalentes Qu est-ce qu une liaison covalente? Comment prévoir le nombre de liaisons covalentes que peut établir un atome? Exemple : l oxygène 2. Identifier quelques groupes caractéristiques Nom du groupe Atome ou groupe d'atomes Famille chimique Exemple - nom halogéno X (F, Cl, Br, I) Famille des composés halogénés hydroxyle OH Famille des alcools amino NH 2 Famille des amines carbonyle Famille des composés carbonylés Famille des acides carboxyliques carboxyle 01/04/2012 Page 6 sur 27 MERCY Jean-François

7 3. Représentation des molécules Formule brute : Exemple : À une formule brute peuvent correspondre plusieurs formules semi-développées : ce sont des espèces Formule semi-développée : Exemple : Formule développée : Exemple : 01/04/2012 Page 7 sur 27 MERCY Jean-François

8 Les états de la matière 1. DESCRIPTION MICROSCOPIQUE La matière peut exister sous trois états différents : L état sous lequel se trouve la matière dépend de 2 paramètres : la pression et la température. La matière est formée de petites particules (atomes, molécules ou ions) représentées par des sphères sur les schémas ci-dessous. Essayez de retrouver les caractéristiques de chaque état en cochant les bonnes cases : Les particules d un solide sont : les particules d un liquide sont : les particules d un gaz sont : ordonnées désordonnées rapprochées espacées liées non liées peu liées très agitées ordonnées désordonnées rapprochées espacées liées non liées peu liées très agitées ordonnées désordonnées rapprochées espacées liées non liées peu liées très agitées Remarque : Le mouvement aléatoire et désordonné des atomes ou molécules d un gaz est appelé :. 01/04/2012 Page 8 sur 27 MERCY Jean-François

9 2. DESCRIPTION MACROSCOPIQUE a. LES DIFFERENTS PARAMETRES Il est trop compliqué de faire l étude de la matière à l échelle microscopique pour les raisons suivantes: Les molécules sont en nombre extrêmement important, Il faudrait connaître un trop grand nombre de paramètres (vitesse, position, masse, etc...) pour chaque molécule à chaque instant. On utilise alors, des grandeurs macroscopiques ayant un lien avec la nature microscopique de la matière, facilement accessibles à la mesure. Les grandeurs que l'on retient en général sont : paroi. 1. La pression P a. Force pressante La force pressante est l action mécanique de contact qu exerce un solide, un liquide ou un gaz sur une Cette force est représentée par un vecteur : Sa direction : Son sens : Son point d application : Sa valeur (intensité) : Définition b. La pression La pression p est : Relation entre la force pressante et la surface : Unités des grandeurs : Les unités de pression L unité de pression dans le système international d unités : Mais il existe d autres unités : Le bar : 1 bar = L atmosphère : 1 atm = Le millimètre de mercure : 1 mm Hg = Appareil de mesure : 01/04/2012 Page 9 sur 27 MERCY Jean-François

10 Remarques : La différence de pression entre deux points d un liquide dépend de la différence de : La quantité maximale de gaz dissous dans un volume donné de liquide avec la pression. 2. La température a. Interprétation microscopique. Lorsque la température augmente, l'agitation moléculaire b. Les appareils de mesure. Les appareils de mesure de la température sont des c. Les unités de mesure. Une échelle très utilisée est dont l'unité est appelée et notée. 3. La quantité de matière a. Définition de la mole b. Constante d'avogadro 12 Le nombre d'atomes contenus dans une mole de carbone 6 Cest appelé constante d'avogadro et sera noté N A. N A = Une mole représente une quantité de matière composée de entités élémentaires. 4. Le volume Dans les mêmes conditions de pression et de température, un nombre donné de molécules à l état gazeux occupe un volume, et quelque soit la nature du gaz. 01/04/2012 Page 10 sur 27 MERCY Jean-François

11 b. QUELQUES CARTES D IDENTITE 01/04/2012 Page 11 sur 27 MERCY Jean-François

12 c. COMMENT PRELEVER UNE QUANTITE DE MATIERE Prélever une quantité de matière va dépendre de l état physique de l espèce chimique utilisée : Espèce chimique..., on utilisera une balance et la relation reliant quantité de matière n et masse m à prélever est : 01/04/2012 Page 12 sur 27 MERCY Jean-François

13 Espèce chimique..., on utilisera une éprouvette ou pipettes (graduée ou jaugée plus précise), la relation entre quantité de matière n et le volume V à prélever est alors : Espèce chimique... nous permet d écrire que la relation entre la quantité de matière n et le volume V de gaz prélevé est : d. PHASES HOMOGENE ET HETEROGENE On distingue deux types de phase, suivant l aspect macroscopique de celle-ci : Phase...: système dont les propriétés macroscopiques sont identiques en tout point de celui-ci. Exemples : Phase...: système qui n est pas homogène, c'est-à-dire qui présente à l échelle macroscopique deux états (identiques ou différents) de la matière. Exemples : 3. SOLUTIONS 1. Solution, solvant et soluté Lorsqu une espèce chimique se dissout dans un liquide appelé appelée. L espèce chimique est appelée le., on obtient une phase homogène Si le solvant est de l eau, la solution obtenue est appelée. Remarque : une solution dans laquelle, après agitation, toute l espèce chimique introduite n est pas dissoute, est dite. Propriétés d une solution : Une solution peut contenir Une solution est toujours électriquement selon la nature du soluté. et comporte alors autant de charges Pour étudier et comparer des solutions, la quantité de matière est insuffisante car si on dissout une même quantité de matière dans des volumes différents, la solution obtenue est différente. 01/04/2012 Page 13 sur 27 MERCY Jean-François

14 2. Concentration massique et concentration molaire La concentration massique C m appelée aussi teneur ou teneur massique de soluté A apporté est égale au rapport de la masse m A de ce soluté A apporté par le volume V de solution : C m en : m A en : V en : La concentration molaire C de soluté A apporté est égale au rapport de la quantité de matière n A de soluté apporté par le volume V de solution : C en : n A en : V en : La concentration molaire [X] d une espèce chimique X présente en solution est égale au rapport de la quantité de matière n X de cette espèce dans la solution par le volume V de la solution : [X] en : n A en : V en : 3. Préparations de solution Par dissolution d un soluté solide : Etape Etape Etape Etape Etape 01/04/2012 Page 14 sur 27 MERCY Jean-François

15 Par dilution d une solution de concentration connue Diluer une solution, c est constituer une nouvelle solution moins concentrée que la solution initiale en ajoutant du solvant. La solution de départ est appelée (C 0, V P ). La solution obtenue est appelée (C, V f ). Le volume V P de la solution mère de concentration C 0 contient une quantité de matière n 0 =. Le volume V f de la solution fille contient la même quantité de matière mais à la concentration C dans le volume V f. soit n 0 =. Il y a conservation de la quantité de matière lors de la dilution. Soit n 0 =. Etape Etape Etape Etape Etape 01/04/2012 Page 15 sur 27 MERCY Jean-François

16 La chimie de synthèse 1. ESPECE NATURELLE, ESPECEE SYNTHETIQUE. On appelle espèce chimique tout constituant de la matière : - Les espèces naturelles sont - Les espèces synthétiques sont 2. VERRERIE ET MONTAGES. 1. Verrerie diverse Si je dois prélever ou obtenir un volume précis je peux utiliser : Pour un volume moins précis, je peux utiliser : 01/04/2012 Page 16 sur 27 MERCY Jean-François

17 2. Montages FILTRATION 1 : 2 : Principe de la filtration : CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE (CCM) 1 : 2 : 3 : Principe de la CCM : EXTRACTION PAR SOLVANT 1 : 2 : 3 : La position relative des phases dépend de : Principe de l extraction par solvant : 01/04/2012 Page 17 sur 27 MERCY Jean-François

18 HYDRODISTILLATION OU ENTRAINEMENT A LA VAPEUR 1 : 2 : 3 : 4 : Principe de l hydrodistillation : CHAUFFAGE A REFLUX Principe du chauffage à reflux : 3. LA REACTION CHIMIQUE ET SON EQUATION. 1. La transformation chimique. a. Description de l état d un système chimique. Un système chimique est un ensemble d espèces chimiques. 01/04/2012 Page 18 sur 27 MERCY Jean-François

19 b. Évolution de l état d un système chimique c. Transformation chimique On appelle transformation chimique, l évolution du système qui permet le passage de l état initial à l état final. 2. La réaction chimique. Exemple : Activité : On considère la combustion du butane C 4 H 10 dans le dioxygène. On obtient du dioxyde de carbone et de l eau. Écrire l équation de la réaction modélisant cette transformation chimique avec les nombres stœchiométriques corrects. 01/04/2012 Page 19 sur 27 MERCY Jean-François

20 Ajuster les nombres stœchiométriques des équations chimiques suivantes : HgO Hg + O 2 Cu 2 S + Cu 2 O Cu + SO 2 C 6 H 12 O 6 C 2 H 6 O + CO 2 Fe + HCl Fe 2+ + Cl - + H 2 Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + Fe O 2 + HCl H 2 O + Cl 2 NH 3 + O 2 NO + H 2 O C 2 H 6 O + O 2 CO 2 + H 2 O 01/04/2012 Page 20 sur 27 MERCY Jean-François

21 Son et lumière 1. COMPARAISON ONDES SONORES ET ONDES LUMINEUSES SON LUMIERE Milieu de propagation: Milieu de propagation: Vitesse de propagation: V air = V eau = Gamme de fréquences : Vitesse de propagation: V air = V eau = Gamme de fréquences : 2. PROPAGATION DE LA LUMIERE 1. Propagation de la lumière dans un milieu homogène Dans un milieu homogène, 2. Indice de réfraction d'un milieu transparent, noté n 3. Passage de la lumière d'un milieu homogène à un autre: le phénomène de réfraction a. Définition. b. Schéma. 01/04/2012 Page 21 sur 27 MERCY Jean-François

22 c. Lois de Snell-Descartes. Première loi : Seconde loi : 3. LA LUMIERE, MESSAGERE DES ETOILES. 1. L'année de lumière. 2. Voir loin c'est voir dans le passé 3. Structure de l'univers Schéma : 01/04/2012 Page 22 sur 27 MERCY Jean-François

23 4. L'analyse de la lumière des étoiles, les spectres. a. Spectre d'émission d'un corps chaud. Schéma : b. Spectre de raies Schéma : Spectre de raies d émission du Sodium c. Spectre stellaire Température de surface Couleur Température Etoile de la Galaxie Composition chimique 01/04/2012 Page 23 sur 27 MERCY Jean-François

24 Mouvements et forces 1. RELATIVITE DU MOUVEMENT. 1. Référentiel. La notion de mouvement est donc relative à l'objet par rapport auquel on l'étudie : le référentiel. Un référentiel est 2. Trajectoire. La trajectoire d'un point mobile est Elle dépend du 2. MOUVEMENT D UN POINT 1. Vitesse moyenne. Dans le référentiel choisi, la vitesse moyenne d'un point mobile est donnée par la relation : Unités des différentes grandeurs : 2. Différentes trajectoires, mouvements Un mouvement est si la trajectoire du point mobile est une. Si la valeur de la vitesse, il est. Si la valeur de la vitesse, il est. Si la valeur de la vitesse, il est. Un mouvement est est un. si la trajectoire du point mobile 01/04/2012 Page 24 sur 27 MERCY Jean-François

25 3. LA FORCE : MODELE D UNE ACTION MECANIQUE. 1. Modèle. Une force a pour but de modéliser l'action mécanique d un corps sur un autre. Une force est une action mécanique exercée par un objet sur un autre. Elle est caractérisée par : La valeur de la force s'exprime en. Elle peut être mesurée grâce à un Chaque force peut être représentée sur un schéma par un vecteur dont l'origine est un point qui modélise le corps étudié. Exemple. Les forces exercées sur une bille immobile posée sur une table sont : la force exercée par la Terre, action à distance, F Terre / corps les forces exercées par la table, action de contact, F Table / corps 2. Force et mouvement. Une force qui s'exerce sur un objet L'effet d'une force sur le mouvement d'un corps dépend de la masse de celui-ci. Plus la masse du corps est faible et plus l'effet de la force sera. Tout corps 3. Principe d'inertie. Réciproquement 01/04/2012 Page 25 sur 27 MERCY Jean-François

26 4. LA GRAVITATION UNIVERSELLE. 1. L'attraction gravitationnelle. Au XVII ème siècle, Isaac Newton affirme que tous les corps ayant une masse sont en interaction, sur Terre comme dans l'espace: C'est l'attraction gravitationnelle aussi appelée gravitation universelle. 2. Interaction gravitationnelle entre deux corps. a. Corps à répartition sphérique de masse. Un corps à répartition sphérique de masse est un corps sphérique dont la matière est répartie uniformément autour de son centre. b. Interaction gravitationnelle. Soient deux corps à répartition sphérique de masse (la Terre et la Lune par exemple), de centres A et B et de masses M A et M B et séparés par une distance d. Les caractéristiques des forces d'interaction gravitationnelle sont: - Origine : - Direction : - Sens : - Valeur (Intensité) : Unités des grandeurs dans le système international d unités : 3. Poids d'un corps. a. Attraction terrestre et pesanteur. A la surface de la Terre, un corps de masse m est soumis à la pesanteur. Son poids, noté P, est modélisé par un vecteur ayant comme caractéristiques: - Origine : - Direction : - Sens : - Valeur (Intensité) : Unités des grandeurs dans le système international d unités : La valeur du poids d'un corps varie en fonction du lieu où il se trouve. En appliquant la relation exprimant la force d'interaction gravitationnelle, on montre que le poids d'un corps est la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur un corps situé dans son voisinage immédiat (attraction terrestre). 01/04/2012 Page 26 sur 27 MERCY Jean-François

27 b. Poids d'un même corps sur la Terre et sur la Lune. Le poids d un objet sur la Lune peut être assimilé à la force gravitationnelle exercée par la Lune sur cet objet. La valeur de la pesanteur sur la Lune, notée g L, est donnée par g L = 1,60 N.kg -1 La valeur de la pesanteur sur la Lune est environ six fois plus petite que sur la Terre. Le poids d un corps de masse m sur la Lune est environ six fois plus petit que le poids de ce même corps sur la Terre. 01/04/2012 Page 27 sur 27 MERCY Jean-François