CH 2 : Couleur des objets, Sources de lumière colorée Comment obtenir le spectre d une source lumineuse : Pour obtenir le spectre d une source de lumière, il faut utiliser un système dispersif (réseau ou prisme) : Schéma d obtention d un spectre. Source de lumière Fente Systéme dispersif Ecran Le spectre de la lumière émise par une source peut être constitué d'une seule raie ou de plusieurs raies; Une source monochromatique émet une seule radiation. Une source polychromatique émet plusieurs radiations. Une radiation est caractérisée par sa longueur d'onde (lambda) dans le vide. La longueur d'onde, dans le vide, et la fréquence v d'une radiation lumineuse sont liées par la relation c = 3 x 10 8 m.s -1 s'exprime en mètre (m), v en hertz (Hz), c est la vitesse de la lumière dans le vide : c Dans le vide ou dans l'air, les radiations visibles ont des longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 800 nm environ. Elles sont limitées par les ultraviolets ( < 400 nm) et par les infrarouges ( > 800 nm). Energie d un photon : Pour une radiation de longueur d'onde (m) dans le vide et de fréquence v (Hz), chaque photon transporte un quantum d'énergie : Cette énergie s'exprime en joule (J) par la relation: h c h h est la constante de Planck : h = 6,63 x 10-34 J.s; c est la vitesse de la lumière dans le vide : c = 3 x 10 8 m.s -1. On parlera par la suite d'un photon de longueur d'onde dans le vide et de fréquence v. Les valeurs des énergies des atomes exprimées en joule (J) étant extrêmement faibles, on utilisera souvent comme unité d'énergie l'électron-volt (ev) : 1 ev = 1,60 x 10-19 J. Quantification de l'énergie des atomes : L'énergie d'un atome est quantifiée. Le diagramme de niveaux d'énergie d'un atome représente les niveaux d'énergie possibles de cet atome. L'état de plus basse énergie correspond à l'état fondamental : c'est l'état stable de l'atome. Les autres états, d'énergie supérieure, sont qualifiés d'états excités. Il en existe une infinité. Dans l'état d'énergie nulle, l'atome est ionisé.
4.3 Émission de lumière : Un atome excité (par décharge électrique, absorption de lumière, etc) retourne spontanément à son état fondamentale ou à un état d énergie plus faible, en émettant un photon qui emporte l énergie cédée par l atome. E E sup E inf h c h Awass E s'exprime en joule (J), en mètre (m) et v en hertz (Hz). Absorption de lumière : Un atome émet un photon quand il passe d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau inférieur. Il peut aussi absorber un photon de même énergie lorsqu'il passe du niveau inférieur E inf au niveau supérieur E sup. Cela explique la présence de raies noires dans les spectres d'absorption étudiés en classe de Seconde. CH 3 : Pigments, colorants, solutions colorées, loi de eer Lambert. Paramètres influençant la couleur La couleur de certaines espèces colorées peut dépendre de certains paramètres : La température, le solvant utilisé, la valeur ph, l humidité, la concentration de l espèce en solution etc. Quelle est la couleur d une solution contenant plusieurs espèces colorées? La couleur d'un mélange résulte d'une synthèse soustractive des couleurs, des matières colorées ayant servi à sa réalisation. Dans le cercle chromatique simplifié, chaque couleur a pour couleur complémentaire, celle qui lui est diamétralement opposée. La couleur perçue correspond à la couleur complémentaire de la (ou des) radiations absorbée(s). Couleur et concentration, Loi de eer Lambert Principe du spectrophotomètre : Un spectrophotomètre comporte une source de lumière blanche, un système dispersif (réseau ou prisme), un porte cuve, un système mesurant l intensité lumineuse à la sortie de la cuve. Le système dispersif permet de sélectionner la radiation de la lumière qui traverse la cuve. 0 Flux lumineux incident Flux lumineux Le spectrophotomètre effectue une comparaison entre 0 intensité lumineuse qui penetre dans la cuve et intensité lumineuse de la lumière qui sort de la cuve. Et donne deux grandeurs : La transmittance : T 0 L absorbance : A = - log (T) A et T n ont pas d unité. La proportion de lumière absorbée par une solution, à une longueur d'onde donnée, est son absorbance A. Le spectre d'absorption d'une solution est le graphe de l'absorbance en fonction de la longueur d'onde. Spectre d absorption d une solution diluée de permanganate de potassium de couleur violette.
Loi de eer-lambert Doser une espèce chimique dans une solution, c'est déterminer la concentration de cette espèce chimique dans la solution. Pour des solutions suffisamment diluées, l'absorbance est proportionnelle à la concentration de l'espèce colorée A = k. C =.. C avec A absorbance sans unité, longueur de la cuve en cm, C concentration de la solution en mol.l -1 et coefficient d'extinction molaire en L.mol -1.cm -1. dépend de la nature de l'espèce, de la longueur d'onde de la radiation utilisée, du solvant et de la température. CH 4 : TALEAU D AVANCEMENT Fiche : Comment calculer une quantité de matière n en mole : Pour un solide on utilise la relation molaire en g.mol -1. m n M, ou m est masse de solide en g et M sa masse Pour une solution de concentration C en mol.l -1 et de volume V en L : Pour un gaz de volume V en L, n V V M, ou V M, est le volume molaire du gaz. ETRE CAPALE DE FAIRE UN TALEAU D AVANCEMENT CH 5 : COULEUR DES MOLECULES ET STRUCTURE DES MOLECULES ORGANIQUES STRUTURE MOLECULAIRE ET COULEUR : Comme les atomes, les molécules possèdent des niveaux d énergie quantifiés et interagissent avec la lumière. Les molécules peuvent donc absorber une partie du spectre électromagnétique. Lorsque les longueurs d onde des radiations absorbées se situent dans la partie visible du spectre, la substance contenant ces molécules est colorée. SAVOIR REPRESENTER LA FORMULE TOPOLOGIQUE DES MOLECULES GROUPES CHROMOPHORES ET AUXOCHROMES : On appelle groupe chromophore un agencement d atomes capables d absorber fortement une partie visible du spectre lumineux. Exemples de groupes chromophores : -C=C-C=C- -C=N- -N=N- -C=C-C=O Le déplacement de l'absorption vers les plus grandes longueurs d'onde dans le domaine visible, est dû notamment à la présence de certains groupes auxochromes (du grec auxein : accroître) couplés aux groupes chromophores. Exemples de groupes auxochrome : -O-CH 3 -NH 2 -OH -r DOULES LIAISONS CONJUGUEES : Dans une chaine carbonée, deux liaisons doubles sont en position conjuguée lorsqu elles sont séparées par une liaison simple. La longueur d'onde de la lumière absorbée augmente lorsque le nombre de doubles liaisons conjuguées augmente.
CH 7 : LES INTERACTIONS FONDAMENTALES La masse et l interaction gravitationnelle Loi de Newton : Deux corps ponctuels, de masse m A et m, séparés d'une distance d, exercent l'un sur l'autre des forces attractives FA et F A, de même direction, de sens opposés et de même valeur : F A F A ma.m G 2 d A4 4 Loi de Coulomb Deux charges ponctuelles q A et q, placées dans le vide ou dans l'air, séparées d une distance d, exercent l'une sur l'autre des forces FA et F A, de même direction, de sens opposés et de même valeur : F A F A k q A d.q 2 Ces forces sont attractives si les charges sont de signes contraires et répulsives si les charges sont de même signe. signe(q A ) signe(q ) A signe(q A ) = signe(q ) CH 8 : COHESION DES SOLIDES Certains atomes ont une aptitude plus grande que d'autres à attirer vers eux les électrons du (ou des) doublet(s) de liaison: on dit qu'ils sont plus électronégatifs. Il en résulte une dissymétrie électrique entre les deux atomes: Une molécule est polaire si elle contient une ou des liaisons covalentes polaires et si le barycentre des charges excédentaires poisitives ne coincide pas avec le barycentre des charges excédentaires négatives. Un solvant polaire comme l eau, pourra dissoudre des espèces chimiques polaires ou ioniques. Un solvant apolaire sera approprié pour des espèces chimiques apolaires. + - H O + H 2 - H CH 9 : RADIOACTIVITE, ENERGIE NUCLEAIRE ACTIVITE D'UNE SOURCE RADIOACTIVE L'activité d'une source radioactive est le nombre moyen de désintégrations par seconde. Son symbole est A et son unité dans le Système International des unités (Sl) est le becquerel, de symbole q. (1 q correspond à une désintégration par seconde) EQUIVALENCE MASSE-ENERGIE Un objet de masse m au repos possède une énergie E, appelée énergie de masse, telle que: E énergie en J (joule), m masse en kg, c célérité de la lumière (c = 3,00 x l0 8 m. s -1 ) E m c 2
Défaut de masse et énergie des noyaux La formation d'un noyau s'accompagne d'un défaut de masse, en effet la masse d'un noyau est plus petite que la masse de ses constituants (nucléons). Cette énergie est l'énergie de liaison, notée E l. E liaison = ( masse(nucléons séparés) masse(noyau) ). c 2 Une transformation nucléaire libère de l'énergie. L'énergie libérée lors d'une réaction nucléaire est : E libérée E m c 2 E, variation d'énergie en J, m variation de masse totale des noyaux et particules en kg, c, célérité de la lumière CH 16 : COUPLE OXYDANT REDUCTEUR, REACTION D OXYDOREDUCTION Une réaction d'oxydoréduction est une réaction qui implique un transfert d'électrons entre les réactifs. Un oxydant est une espèce chimique (atome, ion) susceptible de gagner un (ou des) électron(s). Un réducteur est une espèce chimique (atome, ion) susceptible de perdre un (ou des) électron(s). Un couple oxydant/réducteur est noté Ox / Red. Le couple Ox / Red est défini par la demi-équation d oxydo-réduction : Ox + n e - = Red Une oxydation est une perte d électron(s). Une réduction est gain d électron(s). Une réaction d'oxydoréduction est une réaction de transfert d'électrons entre le réducteur Red 1 d'un couple Ox 1 /Red 1 et l'oxydant Ox 2 d'un autre couple Ox 2 /Red 2. Ox 1 + n 1 e - = Red 1 et Ox 2 + n 2 e - = Red 2. Le réducteur cède des électrons : Red 1 = Ox 1 + n 1 e - x n 2 L'oxydant capte des électrons : Ox 2 + n 2 e - = Red 2 x n 1 équation de la réaction: n 2 Red 1 + n 1 Ox 2 n 2 Ox 1 + n 1 Red 2. Écrire une demi-équation d'oxydoréduction Exemples de couples : MnO 4 - / Mn 2+ ; I 2 / I - Pour établir une demi-équation d'oxydoréduction, il faut dans l'ordre: 1) Identifier l'oxydant et le réducteur du couple. On place l oxydant à gauche. 2) Ajuster, si nécessaire, les nombres stœchiométriques de manière à assurer la conservation des éléments chimiques autres que 0 et H. 3) Assurer la conservation de l'élément chimique oxygène en rajoutant éventuellement des molécules d'eau du coté où il manque des atomes d'oxygène. 4) Assurer la conservation de l'élément chimique hydrogène en rajoutant éventuellement des ions H + (aq) du côté où il manque des atomes d'hydrogène. 5) Assurer la conservation de la charge électrique en rajoutant des électrons à gauche du signe =. Étape 1 I 2 = I - MnO - 4 = Mn 2+ Étape 2 I 2 = 2 I - MnO - 4 = Mn 2+ Etape 3 I 2 = 2 I - MnO - 4 = Mn 2+ + 4H 2 0 Étape 4 I 2 = 2 I - MnO - 4 + 8 H + = Mn 2+ + 4 H 2 0 Étape 5 I 2 + 2e - = 2 I - MnO - 4 + 8 H + + 5 e- = Mn 2+ + 4 H 2 0
CH 17 : NOMENCLATURE ET TESTS CARACTERISTIQUES DES ALCOOLS, ALDEHYDES, CETONES ET ACIDES CAROXYLIQUES 1. LES ALCOOLS Définition : Les alcools sont les hydrocarbures contenant un groupe hydroxyle OH porté sur un atome de carbone tétraédrique. On distingue trois classes d'alcool. Voir ci-dessous. Nomenclature : On cherche la chaine la plus longue contenant le groupe OH, on numérote cette chaine pour que le groupe OH porte le numéro le plus petit. La terminaison du nom se finit par «ol», précédé du numéro du carbone qui porte OH. Voir ex ci-dessous. Les alcools primaires Les alcools secondaires Les alcools tertiaires Le carbone qui porte la fonction alcool n est lié qu à un seul autre atome de carbone. Le carbone qui porte la fonction alcool est lié à deux autres atomes de carbone. Le carbone qui porte la fonction alcool est lié à trois autres atomes de carbone. 1.2. TEST DES ALCOOLS : Les alcools primaires et secondaires peuvent être identifiés par leur action sur une solution acidifiée de permanganate de potassium, qui se décolore 2. COMPOSES CARONYLES : ALDEHYDES OU CETONES : Définition : Les composés carbonylés sont des hydrocarbures présentant une double liaison C=0 dans l'enchaînement carboné. Nomenclature : Aldéhyde : On cherche la chaine la plus longue contenant le groupe =O, on donne au groupe =O le numéro 1. La terminaison du nom se finit par «al». Cétone : On cherche la chaine la plus longue contenant le groupe =O, on numérote cette chaine pour que le groupe =O porte le numéro le plus petit. La terminaison du nom se finit par «one», précédé du numéro du carbone qui porte =O. Voir ex ci-dessous. définition Structure générale aldéhydes La double liaison oxygéne d'un aldéhyde est en bout de chaîne cétones La double liaison est placée au milieu de la chaîne Exemple 2.2. TEST DES ALDEHYDES ET CETONES : Le test caractéristique permettant d'identifier la présence d'un composé carbonylé est celui de la 2,4-DNPH. En introduisant quelques gouttes de composé dans un tube à essais contenant de la 2,4-DNPH, on obtient un précipité jaune orangé. Le réactif de Tollens ou la liqueur de Fehling permettent de mettre en évidence un aldéhyde. ALDEHYDE CETONE
Test à la DNPH POSITIF POSITIF Test au réactif de tollens ou à la liqueur de Fehling POSITIF NEGATIF 3. FONCTION ACIDE CAROXYLIQUE Définition : La fonction carboxyle COOH est caractéristique des acides carboxyliques. Sur l atome de carbone en bout de chaine existe une fonction OH et une liaison double avec un atome d oxygéne. Nomenclature : On cherche la chaine la plus longue contenant le groupe COOH, on donne au groupe COOH le numéro 1. Le nom commence par le mot acide et la terminaison du nom se finit par «oïque». Acide carboxylique acide butanoïque TEST DES ACIDES CAROXYLIQUES : Toutes les solutions aqueuses contenant un acide carboxylique ont un ph inférieur à 7. On peut donc tester un acide carboxylique par un indicateur coloré : Par ex avec le T, un acide prend une couleur jaune orangé. 4. REACTIVITE DES ALCOOLS : OXYDATION MENAGEE Définition : Une oxydation ménagée est une transformation d'oxydoréduction préservant le squelette carboné du composé organique de départ. Alcool primaire Oxydation ménagée Aldéhyde Oxydation ménagée Acide carboxylique R CH 2 OH R CHO R-COOH Alcool secondaire Oxydation ménagée Cétone R 1 CH R 2 OH R 1 C R 2 0 Alcool tertiaire Oxydation ménagée Rien R 2 R 1 C R 3 OH X