TABLE DES MATIÈRES xix Table des matières Mélanges et transformations : aspects thermodynamiques 1 1 Changements d état isobares de mélanges binaires 3 I Changements d état du corps pur........................... 5 II Diagrammes isobares d équilibre avec miscibilité totale............... 13 III Diagrammes isobares d équilibre sans miscibilité totale............... 34 D un coup d œil!....................................... 46 Exercices et problèmes.................................... 50 Corrections.......................................... 58 Complément......................................... 67 2 Applications du premier principe de la thermodynamique 69 I Conservation de l énergie............................... 72 II Cycles thermodynamiques et tables.......................... 76 III Effets thermiques en réacteur monobare....................... 86 D un coup d œil!....................................... 94 Exercices et problèmes.................................... 96 Corrections.......................................... 101 3 Applications du second principe de la thermodynamique 111 I La grandeur de l évolution : l entropie........................ 113 II Un potentiel thermodynamique : l enthalpie libre.................. 121 III Le potentiel chimique µ................................ 125 D un coup d œil!....................................... 138 Exercices et problèmes.................................... 140 Corrections.......................................... 148 4 Approche documentaire : Pression osmotique 165 I Approche expérimentale : osmose à travers la membrane d un œuf........ 166 II Variation du potentiel chimique avec la pression................... 167 III Dessalement d eau de mer par osmose inverse.................... 167
xx TABLE DES MATIÈRES IV Osmose et production d électricité.......................... 170 V Industrie agroalimentaire............................... 172 VI Pression osmotique et monde du vivant....................... 174 VII Synthèse......................................... 176 5 Equilibres chimiques 179 I Evolution d un système chimique........................... 181 II Constante d équilibre.................................. 191 III Déplacement d équilibre................................ 204 D un coup d œil!....................................... 212 Exercices et problèmes.................................... 214 Corrections.......................................... 227 Energie chimique et énergie électrique : conversion et stockage 243 6 Thermodynamique des réactions d oxydoréduction 245 I Couple oxydant/réducteur et potentiel d électrode................. 248 II Réaction directe entre deux couples.......................... 256 III Réaction par l intermédiaire d un conducteur électronique............. 264 D un coup d œil!....................................... 277 Exercices et problèmes.................................... 279 Corrections.......................................... 287 7 Cinétique des réactions d oxydoréduction 301 I Cinétique électrochimique............................... 304 II Courbe intensité-potentiel associée à une électrode................. 309 III Courbes intensité-potentiel associées à deux électrodes............... 327 D un coup d œil!....................................... 336 Exercices et problèmes.................................... 338 Corrections.......................................... 352 8 Approche documentaire : Corrosion humide 371 I Pétrochimie....................................... 372 II Génie civil........................................ 374 III Nucléaire........................................ 376 IV Bétons armés...................................... 379 V Protection cathodique par anodes sacrificielles.................... 381 VI Synthèse......................................... 386
TABLE DES MATIÈRES xxi Atomes, molécules, complexes : modélisation et réactivité 387 9 Orbitales atomiques 389 I Electron et quantification de l énergie........................ 391 II Hydrogène et hydrogénoïdes.............................. 396 III Atomes polyélectroniques............................... 405 D un coup d œil!....................................... 412 Exercices et problèmes.................................... 414 Corrections.......................................... 422 10 Orbitales moléculaires et réactivité 429 I Principes de construction............................... 432 II Caractéristiques des diagrammes d orbitales moléculaires.............. 441 III Exploitation des diagrammes d orbitales moléculaires................ 456 D un coup d œil!....................................... 466 Exercices et problèmes.................................... 468 Corrections.......................................... 479 11 Approche documentaire : Conduction électrique 489 I Description des électrons d un solide......................... 490 II Semi-conducteurs et dopage.............................. 492 III Jonction p-n et diodes................................. 495 IV Application à la production d électricité....................... 496 V Synthèse......................................... 499 12 Orbitales moléculaires et structure des complexes 501 I Orbitales de fragment................................. 504 II Diagrammes d orbitales moléculaires......................... 513 III Aspects expérimentaux................................. 526 D un coup d œil!....................................... 532 Exercices et problèmes.................................... 534 Corrections.......................................... 547 13 Activité catalytique des complexes 565 I Catalyse et cycle catalytique............................. 568 II Processus élémentaires................................. 573 III Analyse de cycles.................................... 579 D un coup d œil!....................................... 585 Exercices et problèmes.................................... 586 Corrections.......................................... 597
xxii TABLE DES MATIÈRES 14 Approche documentaire : Chimie bio-inorganique 609 I Modifications de propriétés induites par la complexation.............. 610 II Transport du dioxygène par l hémoglobine...................... 612 III Catalyse d oxydation des alcanes par le cytochrome P450............. 614 IV Structuration des protéines par les doigts à zinc................... 616 V Chimie organique métallique : la coenzyme B12................... 620 VI Synthèse......................................... 623 Molécules et matériaux organiques : synthèses et applications 625 15 Méthodologie en chimie organique 627 I Nomenclature...................................... 629 II Contrôle cinétique et catalyse............................. 638 III Commandements du chimiste organicien....................... 645 D un coup d œil!....................................... 658 Exercices et problèmes.................................... 659 Corrections.......................................... 664 16 Additions sur les hydrocarbures insaturés 673 I Hydratation acido-catalysée : synthèse d alcools substitués............. 675 II Hydroboration-oxydation : synthèse d alcools primaires............... 681 III Hydrogénation : synthèse d alcanes.......................... 685 D un coup d œil!....................................... 692 Exercices et problèmes.................................... 693 Corrections.......................................... 698 17 Additions nucléophiles suivies d élimination 707 I Réactivité du groupe carboxyle............................ 710 II Interconversion de fonctions.............................. 718 III Applications....................................... 725 D un coup d œil!....................................... 731 Exercices et problèmes.................................... 732 Corrections.......................................... 741 18 Approche documentaire : Synthèse peptidique 753 I Nécessité de protéger et d activer........................... 754 II Synthèse peptidique en phase solide......................... 758 III Développement de procédés.............................. 759 IV Biosynthèse des protéines............................... 762
TABLE DES MATIÈRES xxiii 19 Conversion par oxydoréduction 769 I Réduction de liaisons doubles carbone-oxygène................... 772 II Epoxydation des alcènes................................ 776 III Ouverture d époxyde.................................. 779 D un coup d œil!....................................... 785 Exercices et problèmes.................................... 786 Corrections.......................................... 792 20 Création de liaisons CC : réactivité des énolates 801 I Formation des énolates................................. 803 II Alkylation des énolates................................. 809 III Aldolisation-crotonisation............................... 814 IV Réaction de Michael.................................. 824 D un coup d œil!....................................... 833 Exercices et problèmes.................................... 835 Corrections.......................................... 843 21 Création de liaisons CC : méthodes diverses 857 I Utilisation des organomagnésiens........................... 859 II Création de liaisons doubles C=C........................... 866 III Réaction de Diels-Alder................................ 876 D un coup d œil!....................................... 893 Exercices et problèmes.................................... 895 Corrections.......................................... 904 22 Matériaux polymères organiques 917 I De la molécule au polymère.............................. 919 II Etats physiques..................................... 930 III Comportement mécanique............................... 938 D un coup d œil!....................................... 943 Exercices et problèmes.................................... 946 Corrections.......................................... 953 Formation expérimentale 959 23 Prévention des risques au laboratoire 961 I Risques en chimie.................................... 964 II Conception d une expérience............................. 971 III Réalisation de manipulations en laboratoire de chimie............... 977 D un coup d œil!....................................... 984 Exercices et problèmes.................................... 985 Corrections.......................................... 986
xxiv TABLE DES MATIÈRES 24 Mesures de grandeurs physiques 991 I Processus de mesure et incertitudes.......................... 993 II Mise en œuvre pratique................................ 1001 III Applications....................................... 1005 D un coup d œil!....................................... 1013 Exercices et problèmes.................................... 1014 Corrections.......................................... 1016 25 Utilisation de l outil informatique 1021 I Familles de logiciels................................... 1023 II Simulation d un titrage................................. 1025 III Structure électronique de molécules.......................... 1026 IV Traitement de données expérimentales........................ 1027 V Exemples d utilisation du logiciel LibreOffice Calc................. 1031 D un coup d œil!....................................... 1035 26 Chimie organique expérimentale 1037 I Montages usuels.................................... 1039 II Techniques de séparation............................... 1044 III Techniques de purification............................... 1052 IV Techniques d analyse.................................. 1054 V Utilisation de ces techniques en chimie organique.................. 1058 D un coup d œil!....................................... 1059 Exercices et problèmes.................................... 1063 Corrections.......................................... 1067 Annexes 1071 A Eléments mathématiques 1073 I Résolution d équations................................. 1074 II Calcul différentiel : fonctions d une variable..................... 1078 III Calcul différentiel : fonctions de plusieurs variables................. 1081 B Règlement CLP 1085 I Pictogrammes...................................... 1086 II Mentions de danger (HXXX)............................. 1088 III Informations additionnelles sur les dangers (UE) (EUHXXX)........... 1091 IV Conseils de prudence (PXXX)............................. 1092 C Programme officiel 1097 Index 1129