Chapitre 7 : CARBONE ET RESSOURCES ORGANIQUES S 4 F. I) Introduction à la chimie organique :

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1 I) Introduction à la chimie organique : Jusqu'au début du XIX ème siècle, les savants pensaient que la "force vitale" était nécessaire pour réaliser la synthèse de composés tels que le glucose, l'amidon, la cellulose, les graisses... à partir de produits minéraux (comme le dioxyde de carbone CO 2, l'eau H 2 O, l'ammoniac NH 3 ). Nous appellerons chimie organique, la chimie des composés du carbone, que ceux-ci existent à l'état naturel ou aient été préparés par synthèse au laboratoire.

2 1) Pyrolyse du bois : a) Expérience : Le bois est un mélange de substances complexes d'origine végétale. A l aide d un bec Bunsen, on chauffe de la sciure de bois contenue dans un tube à essai. Après quelques minutes de chauffage intense, le bois se décompose en un certain nombre de substances nouvelles : - un gaz que l'on peut enflammer, le dihydrogène H 2 - d autres gaz qui, en se décomposant, donnent essentiellement du dioxyde de carbone CO 2 (qui trouble l eau de chaux) et de l'eau H 2 O (qui se condense sur les parois de l erlenmeyer. - des liquides huileux complexes qui, vaporisés au départ, se condensent dans l'erlenmeyer. - un solide divisé noir dans le tube à essai, c est du charbon de bois formé d'atomes de carbone C.

3 1) Pyrolyse du bois : b) Conclusion : On sait que la combustion du bois produit du dioxyde de carbone CO 2. L'apparition de dioxyde de carbone et de charbon par pyrolyse, ou la formation de dioxyde de carbone par combustion, prouvent la présence de l'élément carbone dans le bois.

4 2) Autres exemples : a) Combustibles traditionnels : Les gaz de chauffage (méthane, propane, butane,...), les combustibles liquides (alcool, essence, fuel...), les combustibles solides (charbon, bois) donnent du dioxyde de carbone lors de leur combustion complète dans le dioxygène de l'air.

5 2) Autres exemples : b) Les aliments : La calcination accidentelle d'aliments (pomme, pain, viande) se traduit par l'apparition de charbon. Dans les organismes vivants, les aliments sont l'objet de dégradations lentes catalysées par des enzymes. Ces réactions chimiques, qui apportent l'énergie nécessaire à l'organisme, produisent du dioxyde de carbone.

6 3) Origine du carbone : Le carbone présent dans les tissus des organismes vivants ainsi que dans les combustibles fossiles provient du dioxyde de carbone de l'atmosphère. Le carbone est incorporé dans les êtres vivants grâce : - à la synthèse chlorophyllienne : l énergie fournie par le Soleil est utilisée par les feuilles vertes. Grâce à l'action catalytique de la chlorophylle, des produits de synthèse s'élaborent à partir de H 2 O, CO 2 et N du sol. Cette synthèse de produits organiques (sucres, amidon, bois, etc.) permet d'emmagasiner de l'énergie sous forme chimique. - à la digestion : chez les animaux une partie des produits de la digestion sert à l'élaboration de la "matière animale". Il s'agit d'une synthèse qui aboutit à la formation de nouveaux composés (lipides, protides). - au cycle du carbone : la combustion ou la décomposition de composés organiques restitue à l'atmosphère le carbone qui y avait été prélevé : c est le cycle du carbone.

7 3) Origine du carbone : Le carbone présent dans les tissus des organismes vivants ainsi que dans les combustibles fossiles provient du dioxyde de carbone de l'atmosphère.

8 III) Le pétrole : 1) Origine du pétrole : Formation du pétrole Le pétrole s est formé à partir des constituants des organismes et des micro-organismes marins dans la plupart des cas. - Les produits de décomposition anaérobie (en l'absence d'air) de ces constituants mélangés aux sédiments se transforment en kérogènes et s accumulent au cours des âges (plusieurs millions d'années) dans les pores et les fissures des roches perméables : roche mère. - Sous la pression de nouveaux sédiments et de mouvements tectoniques, les matériaux kérogènes se fragmentent et se transforment en hydrocarbures en libérant l oxygène O et l azote N qu ils contenaient. Les hydrocarbures, plus légers et plus fluides que les kérogènes, migrent vers des roches poreuses : roche réservoir. - La migration des hydrocarbures vers la surface peut être limité par la présence de roches imperméables : roche toit.

9 III) Le pétrole : 2) Distillation et raffinage : Raffinage du pétrole Le raffinage est l'ensemble des opérations conduisant du pétrole "brut" initial à des mélanges plus simples ou à des produits purs qui sont utilisés directement ou servent de matières premières à l industrie chimique. La première phase du raffinage est la distillation fractionnée.

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