Plantyn Essentia

CHIMIE MANUEL SCIENCES GÉNÉRALES

5e

ANNÉE

JACQUES BUSCHEN FRÉDÉRIC HERREGODTS STÉPHANE VANDEVUER

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ESSENTIA 5 Jacques Buschen • Frédéric Herregodts • Stéphane Vandevuer

MANUEL DE CHIMIE 5e ANNÉE

Sciences générales

e

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Les auteurs remercient toutes les personnes, famille, collègues, élèves... qui ont contribué à la réalisation de cet ouvrage. Merci également à tous ceux qui, par leurs relectures et leurs conseils, ont permis à ce manuel de voir le jour.

Les Editions Plantyn remercient le Centre Scolaire Notre Dame de la Sagesse de Ganshoren pour l'utilisation du laboratoire de chimie.

Lay-out et mise en page de couverture : Julie Catherine Mise en page intérieure : Ingrid Hulsmans Illustrations : Sébastien David Copyright des photos : Exercices Modules 11 : Source des questions 4 et 5 : www.ares-ac.be (consulté le 05/01/19).

008melisa, 2016 by marog-pixcells, 5PH, aapsky, ackie2k, Africa-Studio, Agence DER, aiconsmith, AJ, ake1150, ALDECAstudio, Aleksandr-Bryliaev, Alexander, Alexander Limbach, Alexandr Mitiuc, ALEXMAR, algre, anastasiyaand, andersphoto, Andy-Schmitz_ wikipedia, Anita-van-den-Broek, Anna-Furman, Anticiclo, Antonio Gravante Photographer - www.studio-fotograv.com, Anyka, aquaportail, arepa1, Arthur-Jan-Fijałkowski_wikipedia, atome-1, azure, Balint-Radu, BALRedaan, bambambu, barbajones, beeboys, Bernd Rehorst, B-Goods, bilderzwerg, Billion-Photos, bit24, BLACKWHITEPAILYN, bloodua/123RF, blumer1979, breakstock, brgfx, brk, brunocoelho, Burger_wikipedia, by-studio, CARLOS CLARIVAN/SCIENCE PHOTO LIBRARY, Chadchawan-thongsiri, chat9780, Chokniti-Khongchum, cjhobo, Clairewiwi_wikipedia, Claude Calcagno, CLAUS LUNAU/SCIENCE PHOTO LIBRARY, Colibri, Coprid, Creative-Mood, Criniger-kolio, david hughes, dederer, denio109, Designua, devenorr, Dmitri-Ma, Dmitry Guzhanin, Dmitry Vereshchagin, Double-Brain, Dr Ajay Kumar Singh, eldarnurkovic, Emily-frost, esoxx, ET1972, EvrenKalinbacak, extender_01, fabrice rousselot, Fedor-Lashkov, Fouad-A.-Saad, freshidea, fridge, full image, funny face, futura-sciences, Garsya, ggw, givaga, goir, goldpix, Gorodenkoff Productions OU, Gts, Harbor1_wikipedia, homydesign, Ian-2010, ibreakstock, Igor-Petrushenko, IgorVitomirov, ilmarinfoto, imagineilona, Irina-Kozorog, Ivan Proskuryakov, ivofet, ixpert, IZOLIZM, jeep2499, Jelle van der Wolf, Jérôme Rommé, Jiri-Vaclavek, JPC-PROD, jsco, Judith Flacke, 2016. All rights reserved., K.-Shimada_wikipedia, kalcutta, Kaleb-Kroetsch, Kara, Kateryna_Kon, khuruzero, KimTieng-Tow, kkssr, Kletr, Kodda, koh-lanta, Koldunov, Kompass, LANTERIA, lardbucket.org, Laure F, laurent dambies, LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY/ SCIENCE PHOTO LIBRARY, leks-p, Leonid-Ikan, L'express, Living Tree Designs, logo3in1, logos2012, LoopAll, losonsky, luminance-studio, magicmine, magnetix, Maksim, Manfred-Ruckszio, Maria-Schmitt, mariesacha, Marinka Alisen, mark-huls, masik0553, mat, Max Topchii, Maxim_Kazmin, Maxim-Bilovitskiy_wikipedia, Merkushev-Vasiliy, Michal-Ziemski, midorinoshima, Mikael-Haggstrom_wikipedia, mikumistock, mironov, molekuul_be, mompiou, monchauffage-bois, moreimages, MPanchenko, Murat Subatli, muuraa, Myst, Nalaphotos, alinratphi, NASA-images, natros, ndwarraich, New Africa, NickEyes, Nigel Monckton, Nightman1965, nito, nouvelobs, Nychytalyuk, Oil-and-Gas-Photographer, Oleksiy-Mark, ollaweila, Orange-Deer-studio, Orange-Deer-studio, page-frederique, PANUPONG ROOPYAI, Pat Lalli, Pat_Hasting, Paul-Wootton_Science-Photo-Librar, Pavel-Klimenko, pavelkubarkov, pbombaert@skynet.be, pelfophoto, peterschreiber.media, petrroudny, phive2015, phonlamaiphoto, photo5963, pioneer111, pixarno, Piyaset, potowizard, Rabbitmindphoto, randoequipement, Rawpixel Ltd., RazvanPhotography 2004-2005, rcfotostock, REDPIXEL.PL, Robert Kneschke, Robert-Przybysz, Roman Sigaev, Ronstik, RTimages.com, rui-vale-sousa, saschanti17, Sashkin, Schlierner, SCIENCE PHOTO LIBRARY, Sergey Yarochkin, Serghei Platonov, Sergio-Ponomarev, Shaiith, Shane Maritch Photography, Sheila-Fitzgerald, Simon Dannhauer, sixleloo, Soleil-Nordic, sripfoto, Stagg Photography, Stephen Barnes. All rights reserved., Stock-Asso, stockcreations, StudioByTheSe, svet110, svetamart, Swapan, takoburito, tatoute_Phrood, telmanbagirov, Tenica-Florin, Thomas Sellner, truengtra, Tuksaporn-Rattanamuk, tussik, Tyler Boyes, udaix, Vahine, VALENTYN VOLKOV, vchalup, VectorMine, viking75, ViktorKolodko, Vitaly-Zorkin, vitcho, vkuslandia, Vladeep, VladisChern, W.-Oelen_wikipedia, Welf-Aaron, wikipedia, www-dietetiquesportive-com, YAKOBCHUK-VASYL, yelantsevv, yotin-pakthongchai, Yuriy Pankratov, source Exercices 4 et 5, Modules 11 : www.ares-ac.be (consulté le 05/01/19), Ziablik, Martin Högbom, The Royal Swedish Academy of Sciences, BELGA/AFP - Yoshikazu TSUNO.

Parc de l'Alliance, Boulevard de France 7 - bât. C, 1420 Braine-l'Alleud T 0800 99 084 service@plantyn.com www.plantyn.com

Cet ouvrage a été imprimé sur du papier d’origine responsable.

© Plantyn sa, Braine-l'Alleud, Belgique Tous droits réservés. Mises à part les exceptions formelles prévues par la loi, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite, stockée dans une base de données ou retransmise publiquement, sous quelque forme ou de quelque manière que ce soit, sans l’autorisation écrite préalable de l’éditeur. Le photocopillage menace l’avenir du livre !

L’éditeur s’est efforcé d’identifier tous les détenteurs de droits. Si malgré cela, quelqu’un estime entrer en ligne de compte en tant qu’ayant droit, il est invité à s’adresser à l’éditeur.

Conformément à la circulaire n°2475 émise le 25/09/2008, qui encourage les professeurs à enseigner prioritairement les graphies rénovées, les éditions Plantyn ont décidé d'appliquer la nouvelle orthographe dans leurs publications.

ISBN 978-2-8010-5714-8

ESTI5CGL/001-00 D2019/0120/157

INTRODUCTION BIENVENUE DANS VOTRE ESSENTIA CHIMIE 5e ANNÉE – SCIENCES GÉNÉRALES Essentia est une collection de manuels de sciences ayant pour objectif de rendre l’élève ACTEUR de son apprentissage.

Les ouvrages de la collection Essentia 3e degré ont été développés en concordance avec les nouveaux référentiels de compétences terminales et savoirs requis.

Vous avez entre les mains le manuel de CHIMIE destiné aux élèves de 5e année, sciences générales.

Afin de garantir la cohérence et la progression des apprentissages, cet ouvrage, tout comme le référentiel de compétences, est découpé en unités d’acquis d’apprentissage (UAA), c’est-à-dire, en « un ensemble cohérent d’acquis d’apprentissage susceptible d’être évalué ». Chaque UAA vise la mise en place d’une ou de plusieurs compétences disciplinaires et est subdivisé en modules.

TABLE DES MATIÈRES PRÉSENTATION

11

UAA5 : LES LIAISONS CHIMIQUES

15

MODULE 1

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L'ATOME

17

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Rappels DOC 1 Élément chimique et configuration électronique ACTIVITÉ 1 2. Spectroscopie atomique DOC 2 Émission de lumière par les sels chauffés DOC 3 Spectre de la lumière solaire DOC 4 Spectroscopie atomique DOC 5 Modèle de Bohr et transition électronique ACTIVITÉ 2 3. Schéma et représentation de Lewis DOC 6 Représentation de la couche de valence selon Lewis ACTIVITÉ 3 Synthèse Exercices Pour en savoir plus

18 18 18 19 19 22 22 22 23 24 25 26 26 26 27 28 30 30

3

MODULE 2

MODULE 3

MODULE 4

4

LIAISONS CHIMIQUES

31

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Les liaisons covalentes et ioniques DOC 7 La molécule de dihydrogène DOC 8 La molécule de diazote DOC 9 La molécule de chlorure d'hydrogène DOC 10 Le cristal de chlorure de sodium DOC 11 Liaisons covalentes ou ioniques ACTIVITÉ 4 2. Les limites du modèle de Lewis DOC 12 Valence d'un élément chimique DOC 13 La molécule de dioxyde de soufre ACTIVITÉ 5 3. La liaison métallique DOC 14 Les solides métalliques ACTIVITÉ 6 Synthèse Exercices Pour en savoir plus

32 32 32 33 33 34 34 36 37 38 38 38 39 40 40 40 40 41 44 44

CONFIGURATION SPATIALE DES ESPÈCES CHIMIQUES

45

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Configuration spatiale des molécules DOC 15 Convention de représentation spatiale des liaisons covalentes DOC 16 Forme des molécules ACTIVITÉ 7 DOC 17 Configuration spatiale des molécules ABX ACTIVITÉ 8 2. Les solides cristallins et leurs propriétés DOC 18 Classification et étude des solides cristallins ACTIVITÉ 9 Synthèse Exercices Pour en savoir plus

46 46 47 47 47 48 48 49 51 51 51 54 55 58 58

L'EAU ET SES PROPRIÉTÉS

59

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. L'eau, molécule polaire DOC 19 L'eau, molécule polaire DOC 20 Molécules polaires et apolaires ACTIVITÉ 10 2. Liaison hydrogène DOC 21 Températures de fusion et d'ébullition de l'eau ACTIVITÉ 11 DOC 22 Liaison hydrogène dans l'eau DOC 23 Structure de l'eau dans la glace ACTIVITÉ 12

60 60 60 61 61 61 63 63 63 63 64 65 65

3. Solubilité DOC 24 Solubilité du diiode et du permanganate de potassium DOC 25 Tableau de solubilité dans l'eau de quelques composés chimiques DOC 26 Solubilité des sels dans les solvants polaires ACTIVITÉ 13 Synthèse Exercices Pour en savoir plus UAA6 : CARACTÉRISER UN PHÉNOMÈNE CHIMIQUE MODULE 5

71

CHALEUR ET TEMPÉRATURE

73

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Rappels DOC 27 Les conversions de grandeurs DOC 28 Loi de Lavoisier ACTIVITÉ 14 2. Notions de chaleur et de température DOC 29 La température et sa mesure DOC 30 Notion de chaleur ACTIVITÉ 15 3. Chaleur massique et chaleur molaire

74 74 74 75 75 76 77 77 77 79 80 81

DOC 31

Capacité calorifique

81

DOC 32

Chaleur massique

81

DOC 33 Chaleur molaire ACTIVITÉ 16 4. Lien entre chaleur et température DOC 34 Relation entre Q et ΔT DOC 35 Transfert de chaleur ACTIVITÉ 17 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 6

66 66 66 67 67 68 69 70

CARACTÉRISER L'EFFET THERMIQUE D'UN PHÉNOMÈNE CHIMIQUE Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Réactions exothermiques, endothermiques et athermiques DOC 36 Mise en évidence des effets thermiques d'une réaction chimique DOC 37 Catégories de réaction chimique ACTIVITÉ 18 2. Enthalpie et variation d'enthalpie DOC 38 Enthalpie DOC 39 Variation d'enthalpie au cours d'une réaction chimique ACTIVITÉ 19 3. Réactions accompagnées d'un effet thermique DOC 40 Réaction de vaporisation ACTIVITÉ 20 DOC 41 Réaction de combustion ACTIVITÉ 21 Synthèse

82 83 84 84 84 85 86 88 90 91 92 92 93 93 93 93 95 95 95 97 97 98 98 99 99 101 102

5

MODULE 7

MODULE 8

6

Exercices Pour en savoir plus

104 105

CALORIMÉTRIE ET POUVOIR CALORIFIQUE

107

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Calorimétrie DOC 42 Lien entre ΔT et Q DOC 43 Lien entre Q et ΔH ACTIVITÉ 22 2. Pouvoir calorifique DOC 44 Mesure d'une enthalpie de combustion ACTIVITÉ 23 DOC 45 Rendement énergétique des combustibles ACTIVITÉ 24 Synthèse Exercices Pour en savoir plus

108 108 108 109 109 110 110 111 111 112 112 113 114 115 116

VITESSE D'UNE RÉACTION CHIMIQUE

117

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Catégories de réaction chimique DOC 46 Classement selon la vitesse de réaction ACTIVITÉ 25 DOC 47 Vitesse des réactions de combustion ACTIVITÉ 26 2. Facteurs influençant la vitesse de réaction DOC 48 Mise en évidence des facteurs cinétiques ACTIVITÉ 27 DOC 49 Rôle d'un catalyseur DOC 50 Décomposition catalytique de l'eau oxygénée ACTIVITÉ 28 3. Une réaction chimique selon ses aspects thermodynamique et cinétique DOC 51 Collisions entre réactifs ACTIVITÉ 29 DOC 52 Chemin réactionnel ACTIVITÉ 30 Synthèse Exercices Pour en savoir plus

118 118 119 119 119 120 120 122 123 123 124 124 126 126 127 127 127 128 129 130 131 133

UAA7 : LES ÉQUILIBRES CHIMIQUES

135

MODULE 9

RÉACTIONS COMPLÈTES ET LIMITÉES À UN ÉQUILIBRE

137

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Réactions complètes et incomplètes DOC 53 Types de réactions ACTIVITÉ 31 DOC 54 Vérification expérimentale du type de réaction

138 138 138 139 139 140 141

ACTIVITÉ 32 2. Dynamique d'un équilibre chimique DOC 55 L'équilibre dynamique - Hypothèses et observations DOC 56 L'équilibre dynamique - Graphiques et conclusions ACTIVITÉ 33 3. Spontanéité et prévision de l'équilibre DOC 57 Premier facteur de spontanéité - Aspect énergétique ACTIVITÉ 34 DOC 58 Second facteur de spontanéité - Notion de désordre ACTIVITÉ 35 DOC 59 Estimation de la spontanéité et du type de réaction ACTIVITÉ 36 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 10 ASPECTS QUANTITATIFS DES ÉQUILIBRES CHIMIQUES Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. À la recherche d'une loi décrivant l'équilibre DOC 60 Équilibre de décomposition du chlorure de sulfuryle DOC 61 Décomposition du tétraoxyde de diazote ACTIVITÉ 37 DOC 62 Loi d'action des masses DOC 63 Une constante…constante !

ACTIVITÉ 38 2. Exploiter la valeur de la constante d'équilibre DOC 64 Signification de la valeur de KC DOC 65 Influence des solides ACTIVITÉ 39 ACTIVITÉ 40 3. Calculs liés à la constante d'équilibre DOC 66 Calcul de la valeur d'une constante d'équilibre DOC 67 Calcul de valeurs de concentration ACTIVITÉ 41 ACTIVITÉ 42 4. Équilibres en phase gazeuse DOC 68 Rappels concernant les gaz DOC 69 Constante d'équilibre en phase gazeuse ACTIVITÉ 43 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 11 LES DÉPLACEMENTS D'ÉQUILIBRE Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Présentation générale DOC 70 Principe de modération et quotient réactionnel 2. Effets de concentration DOC 71 Les couleurs de l'ion cuivrique ACTIVITÉ 44

141 142 142 143 144 144 144 145 146 146 146 147 148 149 151 153 154 154 154 155 155 156 156 156 157 157 158 158 159 159 159 160 160 162 164 164 165 165 165 166 167 169 171 173 174 174 174 175 175 176 176 177

7

DOC 72 Évolution des concentrations et équilibres ACTIVITÉ 45 ACTIVITÉ 46 3. Effets de température DOC 73 Énergie dans les réactions à l'équilibre ACTIVITÉ 47 DOC 74 Perturbations liées à une modification de température ACTIVITÉ 48 ACTIVITÉ 49 ACTIVITÉ 50 4. Effets de pression DOC 75 Pschiiiit DOC 76 Pression et gaz ACTIVITÉ 51 ACTIVITÉ 52 ACTIVITÉ 53 5. Principe de Le Chatelier DOC 77 Loi générale de modération ACTIVITÉ 54 Synthèse Exercices Pour en savoir plus UAA8 : LA MOLÉCULE EN CHIMIE ORGANIQUE

191

MODULE 12 INTRODUCTION À LA CHIMIE ORGANIQUE

193

Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 DOC 78 Des molécules variées ACTIVITÉ 55 DOC 79 Des notations adaptées ACTIVITÉ 56 DOC 80 Des motifs spécifiques dans les molécules organiques ACTIVITÉ 57 DOC 81 Des indices ACTIVITÉ 58 DOC 82 Pyrolyse d'un composé organique DOC 83 Des molécules naturelles et synthétiques ACTIVITÉ 59 DOC 84 Les isomères ACTIVITÉ 60 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 13 LES ALCANES Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Nomenclature des alcanes DOC 85 Construction des alcanes linéaires DOC 86 Nomenclature des alcanes linéaires ACTIVITÉ 61

8

177 178 178 179 179 179 180 181 181 181 182 182 183 184 184 184 185 185 186 187 188 190

194 194 194 195 196 196 197 197 198 199 199 200 200 201 202 202 203 205 207 209 210 210 211 211 211 211 212

DOC 87 Découverte des isomères de structure DOC 88 Nomenclature des alcanes ramifiés ACTIVITÉ 62 2. Propriétés physiques des alcanes DOC 89 Températures de fusion et d'ébullition ACTIVITÉ 63 DOC 90 Solubilité ACTIVITÉ 64 3. Obtention des alcanes DOC 91 Extraction du pétrole DOC 92 Distillation du pétrole DOC 93 Désulfuration et craquage catalytique ACTIVITÉ 65 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 14 COMBUSTION DES ALCANES Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Combustion des alcanes DOC 94 Réaction de combustion complète DOC 95 Quantité de CO2 produite ACTIVITÉ 66 DOC 96 Réaction de combustion incomplète DOC 97 Réaction de combustion grandement incomplète ACTIVITÉ 67 2. Enthalpie libérée dans une combustion complète DOC 98 Combustion exothermique DOC 99 Production de CO2 (comparaison entre combustibles) ACTIVITÉ 68 DOC 100 Loi de Hess ACTIVITÉ 69 DOC 101 Enthalpie de formation et enthalpie de réaction DOC 102 Enthalpie de dissociation et enthalpie de réaction ACTIVITÉ 70 DOC 103 Consommation énergétique domestique ACTIVITÉ 71 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 15 LES ALCOOLS ET LES ACIDES ORGANIQUES Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. La fonction alcool DOC 104 Éthanol et méthanol DOC 105 Nomenclature des alcools simples Table des masses molaires, des températures d'ébullition et des solubilités de DOC 106 quelques hydrocarbures et d'alcools linéaires ACTIVITÉ 72 DOC 107 Quelques molécules possédant plusieurs fonctions alcool

212 212 214 215 215 215 216 216 216 216 217 218 218 219 221 222 223 224 224 224 225 225 225 226 226 227 227 228 228 228 228 229 230 230 232 232 233 234 235 236 237 239 240 240 240 241 241 241 242 243 243

9

ACTIVITÉ 73 2. La fonction acide carboxylique DOC 108 Acide acétique et acide formique DOC 109 Tableau des températures d'ébullition des acides carboxyliques linéaires DOC 110 Les molécules d'acides gras DOC 111 Les acides carboxyliques comme additifs alimentaires ACTIVITÉ 74 Synthèse Exercices Pour en savoir plus MODULE 16 ESTÉRIFICATION ET SAPONIFICATION Introduction Situation-problème 1 Situation-problème 2 1. Estérification DOC 112 Formation des esters DOC 113 Les esters dans la vie quotidienne ACTIVITÉ 75 DOC 114 Synthèse d'un ester ACTIVITÉ 76 2. Saponification DOC 115 Les savons et leurs propriétés DOC 116 Synthèse d'un savon ACTIVITÉ 77 Synthèse Exercices Pour en savoir plus LEXIQUE

253 254 254 254 255 255 256 257 258 259 260 260 263 264 265 267 268 269

ANNEXES

275 ANNEXE 1 ANNEXE 2 ANNEXE 3 ANNEXE 4

10

245 245 245 246 246 247 248 249 250 251

Table de valeurs de constantes d'équilibre Tableau périodique Sécurité et logos du danger Chiffres significatifs et arrondis

276 277 278 280

PRÉSENTATION D'ESSENTIA CHIMIE, 5e ANNÉE – SCIENCES GÉNÉRALES 1. ORGANISATION DES MODULES

Chaque module reprend, sur la page de garde, les processus que l’élève sera capable de maitriser ainsi que les ressources qui seront mobilisées.

MODULE 8 VITESSE D’UNE RÉACTION CHIMIQUE Au terme de ce module, vous serez capables de maitriser les processus énumérés ci-dessous : 1. Classer des phénomènes de la vie courante, des applications industrielles, des phénomènes biochimiques ou écologiques selon leur vitesse de réaction. ACT 2. Comparer la cinétique de différentes réactions de combustion (de lente à explosive).

3. Expliquer le rôle d'un catalysateur au travers de phénomènes de la vie courante.

4. Décrire les facteurs influençant la vitesse d’une réaction.

A T C

A T C

A T C

5. Analyser une situation de la vie courante sous l’angle cinétique.

A T C

6. Décrire un phénomène chimique en distinguant les aspects thermodynamique et cinétique.

A T C

Pour y parvenir, vous devrez mobiliser les ressources suivantes : Savoirs disciplinaires : • Facteurs influençant la vitesse d’une réaction.

• Catalyseur.

• Réactions exothermiques, endothermiques.

• Enthalpie et ΔH. Savoir-faire disciplinaire : • Tracer un graphique ΔH = f(t).

INTRODUCTION

MOD 4

L’eau, voilà bien une molécule qu’on trouve partout sur Terre ! Et dans ses trois états physiques : la glace solide de la banquise arctique et des sommets enneigés, l’eau liquide des rivières et des océans ou sous forme de microgouttelettes dans les nuages, et l'eau sous forme de gaz, la vapeur d’eau présente dans l’air qu'elle caractérise par son taux d’humidité.

Sous sa forme liquide, l’eau intervient dans de nombreuses réactions chimiques, en particulier dans celles impliquées dans le métabolisme des êtres vivants. Son importance en biologie est telle que les exobiologistes, qui s’intéressent à la vie Échantillon de halite, forme minérale au-delà de notre planète, naturelle du chlorure de sodium. en font une condition indispensable à l’apparition et à l’évolution de la vie.

L’EAU ET SES PROPRIÉTÉS

Dépôts de calcaire.

Chaque module commence par une petite introduction qui présente le sujet qui va être abordé.

L’action de l’eau sur les réactions chimiques ou biochimiques s’explique avant tout par les propriétés de solubilisation qu’elle possède : le sel de cuisine soluble dans l'eau ou le calcaire qui se dépose dans les canalisations.

Dans ce module, nous montrerons que de nombreuses propriétés de l’eau découlent directement de sa configuration spatiale.

SITUATION-PROBLÈME 1 Nous avons vu dans le cours de physique que lorsqu’on frotte au moyen d’un chiffon de laine ou de soie une latte en plastique ou un tube de verre, ceux-ci se chargent d’électricité statique.

Ouvrons un robinet et laissons couler un mince filet d’eau.

Approchons à présent la latte ou le tube de verre électrisé. Nous observons que le filet d’eau est dévié vers l’objet électrisé.

Comment expliquer ce phénomène ?

SITUATION-PROBLÈME 2 Lorsque le symbole P est présent sur l’étiquette d’un vêtement, cela veut dire que ce dernier doit faire l'objet d'un nettoyage professionnel (symbolisé par le cercle) et à sec (symbolisé par la lettre P). Cette expression de nettoyage à sec est malencontreuse, car elle laisse supposer qu’aucun liquide n’est employé ! C’est faux… la lettre P signifie simplement qu’on n’emploie pas d’eau lors du processus de lavage (à cause du risque de rétrécissement, etc.), mais du perchloroéthylène (C2Cl4).

Savez-vous expliquer pourquoi un tel solvant peut enlever les taches de graisse alors que l'eau ne le peut pas ? Justifiez votre réponse.

Deux situations-problèmes de départ sont alors proposées aux élèves. Ces dernières sont en lien avec leurs centres d’intérêt. Elles permettent aux élèves de se poser des questions et de chercher les informations et les outils qui leur permettront de répondre à la problématique posée. Le fait d’en avoir deux permet, tant aux élèves qu’aux enseignants, d’avoir le choix.

Quelques pictogrammes présents sur les étiquettes de nos vêtements.

68

11

Grâce aux multiples documents proposés, l’élève va progressivement découvrir la matière.

Ces documents sont riches, complets et variés (articles, schémas, organigrammes, graphiques, photos…).

MOD 12

Les documents sont également régulièrement enrichis de codes QR. Ces derniers donnent accès, via une application, à des vidéos ou des documents proposant des informations complémentaires sur le sujet ou explicitant un point de matière de façon plus visuelle.

DOC 84 LES ISOMÈRES Le carbone possède une valence IV et a tendance à former des liaisons covalentes avec la plupart des autres atomes, y compris lui-même. Ceci permet de former un très grand nombre de molécules différentes avec un nombre restreint d’éléments (C, H, O, N principalement).

Les notations développées et semi-développées illustrent cette situation : dans de nombreux cas, la formule moléculaire ne suffit pas à décrire de façon univoque une seule molécule. On le voit par exemple avec C3H8O qui peut désigner 3 molécules différentes. Ces molécules ayant des propriétés (températures de fusion et d’ébullition, réactivité…) différentes, il importe de les distinguer par leur nom et par leur formule.

INTRODUCTION À LA CHIMIE ORGANIQUE

OH CH2

OH

H3C

CH

CH2 H3C A. propan-1-ol

On parle ainsi d’isomères pour désigner des molécules de structures différentes, mais qui ont la même formule brute. On peut encore distinguer, d’une part, les isomères de fonction, quand deux molécules de même formule brute ont des fonctions différentes, comme les molécules A (alcool) et C (éther), et, d’autre part, les isomères de position, quand deux molécules de même formule brute et de mêmes fonctions diffèrent par la position occupée par ces fonctions, comme les molécules A (la fonction alcool est portée par le 1er carbone (en partant de la droite)) et B (la fonction alcool est portée par le 2e carbone). On parle également parfois d’isomères de structure pour les désigner.

ACTIVITÉ 60

DOC

CH3

B. propan-2-ol

C. méthoxyéthane

dans formule se lit Attention, une les sens. Ainsi

CH2 H3C

Des activités progressives, en lien avec les documents, sont ensuite proposées.

tous

OH

CH2

et

CH2 HO

CH3 CH2

tiques. molécules iden sont bien deux . des isomères Ce ne sont pas

Une fois l’ensemble des activités réalisées, l’élève est désormais capable de résoudre les situations-problèmes proposées en début de module.

78, 80 ET 84

1. Existe-t-il d’autres isomères pour le C3H8O ?

2. Dans le DOC 78 , les molécules suivantes sont-elles isomères l’une de l’autre, et si oui de quel type : - A et G ?

- B et S ?

3. Proposez un isomère de position de la molécule G du DOC 78 .

4. La formule brute C4H10O correspond à plusieurs isomères. En se limitant aux alcools, quelles sont les structures possibles ? Précisez celles qui sont linéaires et celles qui sont ramifiées.

VOUS AVEZ DÉSORMAIS EN MAIN TOUS LES OUTILS POUR RÉSOUDRE LES SITUATIONSPROBLÈMES DE DÉPART… 186

MOD 3

DOC 16

LABO ÉLÈVE

FORME DES MOLÉCULES

CONFIGURATION SPATIALE DES ESPÈCES CHIMIQUES

Nous nous limiterons à étudier les molécules qui possèdent un atome central lié à un, deux, trois ou quatre atomes.

Ces molécules sont notées de façon générique ABx où A représente l'atome central et x le nombre d'atomes B périphériques. On a donc les formules AB (dans ce cas, il n’y a pas vraiment d’atome central), AB2, AB3 ou AB4.

Les atomes B peuvent aussi bien être des éléments chimiques différents qu’identiques à A.

Comment accéder aux codes QR ?

1. Téléchargez, sur votre smartphone ou votre tablette, une application qui lit les codes QR. Molécule vue par un artiste… mais qu’en est-il en réalité ?

On s’intéresse ici Trouver la configuration spatiale d'une molécule ABx consiste à disposer dans l'espace les x atomes B uniquement à des présents autour de l'atome A. Pour prévoir la forme d'une molécule, il faut donc partir de son modèle de Lewis, molécules, pas à des qui dictera le nombre de liaisons à réaliser. ions ou à des solides métalliques !

Matériel :

Par molécule à modéliser :

2. Ouvrez l’application et scannez le code QR. - une boule de plasticine d’une couleur (A)

- quatre boules de plasticine d’une autre couleur (B)

3. Vous accédez alors directement à la vidéo ou au document proposé.

- quatre cure-dents - rapporteur

Mode opératoire :

On commence toujours par représenter le modèle de Lewis de la molécule étudiée.

Pour ceux qui ne disposent pas d’une tablette ou d’un smartphone, ces vidéos sont également présentes dans les livres numériques.

On utilise ensuite les boules de plasticine pour représenter les atomes et les cure-dents pour les doublets électroniques. Ceux-ci peuvent être liants, quand ils lient les atomes B à A, ou non liants., dans le cas contraire.

La construction commence par une boule A au centre, sur laquelle on place le nombre de cure-dents déterminé par le modèle de Lewis. On fixe ensuite les boules B en nombre approprié.

Une fois chaque modèle achevé, on intègre les informations suivantes dans un tableau : - la formule de la molécule ; - sa notation générique (ABx ) ; - sa représentation spatiale sur papier (en tenant compte des conventions données dans le - l’angle attendu ou mesuré entre les différentes liaisons ; - un nom qui décrirait la géométrie que forment les atomes de la molécule.

54

12

DOC

15

);

Des laboratoires sont régulièrement proposés. Selon le pictogramme associé, on peut directement voir si ce laboratoire doit être réalisé par l'élève ou par l'enseignant .

SYNTHÈSE I. L'eau, molécule polaire

MOD 4

Toutes les molécules du type ABx dont les liaisons covalentes sont pures sont nécessairement apolaires.

Dans le cas contraire, à partir de la forme de la molécule et des charges partielles résultant de la polarisation des liaisons covalentes, on identifie le point d'application de la résultante des charges positives et celui des charges négatives.

LA RÉPONSE : L’EAU ET SES INNÉE PROPRIÉTÉS PREMIÈRE LIGNE DE DÉFENSE CONTRE TOUT AGRESSEUR

Si les deux pôles coïncident, la molécule est apolaire.

Si les deux pôles sont distincts, la molécule constitue un dipôle électrique et est polaire.

La molécule d’eau entre dans cette dernière catégorie, car le pôle négatif est situé sur l’atome d’oxygène et le pôle positif est situé à mi-distance entre les deux atomes d’hydrogène.

II. Liaison hydrogène δ+ H

La liaison hydrogène ou le pont hydrogène a comme origine la forte polarisation de la liaison O-H à l’intérieur de la molécule H2O. À condition que deux molécules d’eau soient orientées dans la bonne position, un atome Hδ+ d’une molécule d’eau subit une force d'attraction coulombienne avec un des doublets non liants de l’atome O2δ- d’une autre molécule. Cette interaction est particulièrement forte : elle peut impliquer la formation de plusieurs liaisons hydrogène par molécule d'eau. Cela explique que l’eau a des températures de fusion et d’ébullition anormalement élevées pour une molécule de petite masse.

o

δ+ H H δ+ 2δ-

2δ-

o

H

δ+

o

δ+ H H δ+

2δ-

o

o

H δ+

H δ+ H δ+

H δ+ 2δ-

H

o

2δ-

2δ-

Liaisons Hydrogène

L’étape suivante est la mémorisation.

Des synthèses sous différentes formes (textuelles ou visuelles) sont alors proposées à l’élève. Elles reprennent les points de matières devant être compris et maitrisés.

o

H δ+

δ+

H δ+

H δ+

2δ-

Une interaction de type liaison hydrogène est possible pour les molécules constituées d’au moins une liaison O-H, N-H et/ou F-H.

Représentation des liaisons hydrogène entre molécules d'eau.

III. Solubilité Solubilité des composés chimiques dans l'eau : peu soluble

très soluble solubilité croissante

composés covalents apolaires

composés covalents polaires HCl, HBr, H2S...

O2, N2, Cl2, CH4, CCl4, CO2...

EXERCICES

composés ioniques Ca(OH)2, BaF2

A T C

1. Reprenez la configuration spatiale des molécules construites à l'exercice 1 du module précédent et indiquez à présent si elles sont polaires ou apolaires.

A T C

2. Indiquez si les molécules suivantes sont polaires ou apolaires.

A T C

3. Considérons la molécule d’ammoniac (NH3) et la molécule de phosphine (PH3). Ces deux molécules gazeuses (à température ambiante) ont la même configuration spatiale de pyramide à base triangulaire (AB3).

NaCl, KBr

Les sels ioniques se dissocient : ce sont des électrolytes. Ils voient leur structure cristalline se désagréger sous l’action des molécules d’eau polaires. Les ions sont extraits de la structure du cristal : c'est le phénomène de dissociation ionique.

MOD 4

a. CH3Cl b. CHCl3 c. CCl4

Les ions libérés sont ensuite entourés d’une couche de solvant : c'est le phénomène de solvatation ou plus précisément d'hydratation quand le solvant est de l’eau.

Après la mémorisation, viennent les exercices. Ces derniers sont structurés selon le type de processus utilisé : appliquer, transférer ou bien connaitre.

La présence d'une étoile indique un plus grand niveau de complexité.

L’EAU ET SES PROPRIÉTÉS

76

L’ammoniaque est une solution aqueuse d’ammoniac, parfois utilisée comme produit d’entretien dégraissant.

a. Expliquez pourquoi les températures de fusion, respectivement de - 133 °C pour le PH3 et de - 78 °C pour le NH3, sont si différentes. b. À 20 °C, la solubilité dans l’eau de NH3 est de 540 g/L et celle de PH3 de 0,4 g/L. Expliquez cette différence de comportement.

A T C

4. À partir d'un graphique, expliquez le comportement de la série suivante de températures d’ébullition.

Composé chimique

Température d'ébullition Θ (°C)

CH4

- 164

SiH4

- 112

GeH4

- 88

SnH4

- 52

POUR EN SAVOIR PLUS

MOD 4

A T C

Le double brin d'ADN Ce sont les liaisons hydrogène qui stabilisent les deux brins complémentaires de l'ADN. Pour mémoire, c'est la séquence des bases adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine (T) qui est à la base de l'information génétique.

5. Écrivez la réaction de dissociation dans l'eau des sels suivants. a. Na2SO4 b. Pb(NO3)2 c. AlBr3 77

La complémentarité est assurée par la formation de deux liaisons hydrogène entre A et T et de trois liaisons hydrogène C et G :

H N

L’EAU ET SES PROPRIÉTÉS

N

A

N

N N

H

H

O

CH3

N O

N N

N

T

G

O

H

N

N

H

N

N

H

O

H

N

N

H

C

Liaisons hydrogène entre A et T et entre C et G.

Les écrans des smartphones vont se réparer tout seuls Pourquoi peut-on rêver et espérer que nos écrans tactiles puissent se réparer tout seuls ? Cela tient à la nature des liaisons : liaisons covalentes, mais aussi liaisons hydrogène ! « Les chimistes californiens ont ainsi travaillé sur une forme de liaison non covalente. Leur matériau est composé de sel et d’un polymère très étirable : il est extensible jusqu’à 50 fois sa taille initiale ! Mais, après avoir été brisé, il se reforme pour reprendre son aspect d’origine en à peine un jour. »

Parce que les sciences évoluent, parce que la chimie fait partie de notre quotidien, et parce que la curiosité est la base de la démarche scientifique, un contenu supplémentaire « Pour en savoir plus » est également proposé.

Nos écrans tactiles.

78

13

carbonides

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 14 ou groupe IVa

carburant

mélange combustible qui fournit l’énergie d’un moteur thermique

catalyseur

substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans être consommée par celle-ci

25 CaO(s) + CO2 (g)

C(s) + H2O(g)

C(s) + CO2 (g)

substance qui réagit avec un combustible dans une réaction de combustion ; c’est le plus souvent le dioxygène de l’air

N2O4 (g)

combustible

matière qui, par réaction de combustion, produit un dégagement de chaleur

concentration

grandeur caractérisant une solution

concentration massique

(γ) rapport entre la masse de soluté dissout et le volume de solution ; elle s’exprime en g/L

concentration molaire

(C) rapport entre la quantité de soluté dissout et le volume de solution ; elle s’exprime en mol/L

280

1

1

PCl3 (g) + Cl2 (g)

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 H2S(g)

1

liaison covalente réalisée entre deux atomes de même électronégativité

covalence polarisée liaison covalente réalisée entre deux atomes d’électronégativité différente. Elle génère des charges partielles positive et négative

PCl5 (g)

Hb + O2 Hb + CO *

2 SO3 (g)

117

500

6,1

600

0,14

250

4.10-2

727

3.102

2 H2 (g) + S2 (g)

727

1.10-6

1

dans le modèle de Bohr, dernière couche électronique non vide de l’atome

covalence parfaite ou pure

5.10-3

HbO2 *

37

0,9

HbCO *

37

225

1

couche de valence

25

2 NH3 (g)

0,60

1

corps pur dont les molécules sont constituées d’atomes appartenant au même élément chimique

50 2.10-3

2 NO2 (g)

927

1

corps pur simple

10

300

1

(mot anglais) trainée blanche formée par la condensation de la vapeur d’eau émise par les moteurs d’avion à très haute altitude

827

445

1

(Kc) nombre caractérisant une réaction chimique à l’équilibre ; il dépend de la température

contrail

2.10-21

2027

N2 (g) + 3 H2 (g)

1

constante d’équilibre

Pour finir, l’élève trouvera également une série d’annexes qui l’aideront dans ses différentes tâches.

1

25

2 NO(g)

1

organisation en couches des électrons autour du noyau atomique disposition dans l’espace des atomes d’une molécule

ANNEXES

atome ou groupement qui porte une ou plusieurs charges électriques positives charge électrique portée par un atome qui est inférieure à la charge de l’électron

comburant

configuration électronique

CO(g) + H2 (g)

5.1022

927

2 HI(g)

1

cation charge partielle

CaCO3 (s)

2 CO(g)

H2 (g) + I2 (g) N2 (g) + O2 (g)

configuration spatiale

14,5

1

se dit des réactions chimiques qui se déroulent au sein des êtres vivants

1

biochimique

3.1081

1

analogue d'un centre de gravité où les charges électriques se substituent aux masses

1

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 15 ou groupe Va

barycentre

Kc

25 227

1

ensemble de matériaux appartenant aux bitumes qui servent au recouvrement des chaussées

azotides

Température (°C) 2 H2O(g)

CH3OH(g)

1

asphalte

Réaction 2 H2 (g) + O2 (g) CO(g) + 2 H2 (g)

1

se dit d’un composé présentant un ensemble de propriétés physiques et chimiques comparables à celles du benzène

1

aromatique

TABLE DE VALEURS DE CONSTANTES D’ÉQUILIBRE

1

se dit d’une molécule qui ne présente pas de dipôle électrique

ANNEXE 1

1

apolaire

L'élève retrouvera, en fin d'ouvrage, un lexique reprenant les mots importants.

1

atome ou groupement qui porte une ou plusieurs charges électriques négatives

1

relatif à des organisations différentes, souvent cristallines, d'atomes ou de molécules

anion

1

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 1 ou groupe Ia

allotropique

1

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 2 ou au groupe IIa

alcalins

1

acide carboxylique à longue chaine carbonée (C12 à C24)

alcalino-terreux

1

LEXIQUE

acide gras

Hb ne représente pas un élément chimique, mais est une abréviation pour la molécule d’hémoglobine. Par ailleurs, cette molécule peut fixer 4 molécules de O2, avec pour chacune un Kc différent.

280

2. LES OUTILS NUMÉRIQUES Mais il ne s’agit là que de la partie émergée de l’iceberg… Essentia propose également une multitude d’outils numériques pour rendre le cours plus interactif et simplifier la vie de l'élève et de l'enseignant.

OUTILS NUMÉRIQUES POUR L’ÉLÈVE

OUTILS NUMÉRIQUES POUR L’ENSEIGNANT

•

Activités sous forme de cahier à compléter

•

Activités et exercices sous forme de cahier à compléter

•

Exercices sous forme de cahier à compléter

•

Corrigé des exercices et des activités

•

Vidéos

•

Manuel numérique

•

Manuel numérique

•

Vidéos

•

Méthodologies

•

Annexes supplémentaires

•

Planification annuelle

•

Réponses aux situations-problèmes de départ

•

Évaluations

•

Corrigé des évaluations

BONNE DÉCOUVERTE !

14

UAA5

LES LIAISONS CHIMIQUES

UAA5 Modules

1. Structure électronique de l’atome

2. Liaisons chimiques

3. Configuration spatiale des espèces chimiques

4. L’eau et ses propriétés

Compétences à développer

À partir du modèle de Lewis et d'informations du tableau périodique des éléments, représenter une molécule avec ses liaisons.

Expliquer comment la configuration spatiale d’une espèce chimique en détermine le comportement.

MODULE 1 STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME Au terme de ce module, vous serez capable de maitriser les processus énumérés ci-dessous : 1.

Décrire la structure électronique externe d'un atome à partir de sa position dans le tableau périodique des éléments et en déduire la valence. ACT 2. Expliquer que les éléments absorbent et émettent des énergies lumineuses correspondant à des couleurs spécifiques. Décrire les impacts de ce constat dans plusieurs domaines (par exemple : les couleurs des lampes et des feux d’artifice, l’application à l’analyse spectrale, la composition des étoiles…). ACT Pour y parvenir, vous devrez mobiliser les ressources suivantes : Savoirs disciplinaires : modèle de Lewis ; électron de valence.

Savoir-faire disciplinaires : • Représenter la structure de Lewis d'un atome à l'aide du tableau périodique des éléments.

• E xtraire les informations (valence, état d'oxydation, électronégativité) du tableau périodique des éléments.

INTRODUCTION

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

MOD 1

C'est en 1913 que Niels Bohr publie les résultats de ses travaux sur le modèle atomique qui porte depuis son nom. À cette époque, ce modèle était véritablement révolutionnaire, car il a été développé en rupture avec les règles de la physique classique et il a servi de base au développement ultérieur du modèle quantique.

En 1916, Gilbert Newton Lewis propose une représentation simple des électrons de la couche de valence et des liaisons présentes dans la plupart des substances.

Ce module présente les bases expérimentales du modèle de Bohr ainsi que les outils indispensables à la représentation des liaisons au sein des molécules.

Gilbert Lewis.

SITUATION-PROBLÈME 1 Le ciel étoilé a toujours fasciné l'homme. On le voit malheureusement peu dans nos villes à cause de l'éclairage artificiel omniprésent, mais les étoiles ont des intensités et des couleurs fort variables. L'observation de la lumière émise par les étoiles permet de mettre en évidence la composition et l'abondance des éléments chimiques qu'elles contiennent.

Comment les astrophysiciens font-ils ? Quelles expériences sont à la base de ces informations ?

Ciel étoilé.

SITUATION-PROBLÈME 2 Pour la fête nationale, Caroline et son frère Philippe accompagnent leurs parents au feu d'artifice. Ils s'émerveillent des multiples couleurs jaillissant dans le ciel dans un bruit de tonnerre inhabituel.

Mais savez-vous quelle est l'origine des couleurs des lumières émises ?

Feux d'artifice.

18

RAPPELS

MOD 1

DOC 1 ÉLÉMENT CHIMIQUE ET CONFIGURATION ÉLECTRONIQUE a. Les modèles atomiques Rappelez-vous Démocrite qui a développé l'idée plus philosophique qu'expérimentale que la matière était formée de Plein entouré de Vide. Ce n'était donc pas une théorie scientifique, car l'expérimentation n'y avait pas sa place.

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

1

Beaucoup plus tard, au début du XIXe siècle, John Dalton décrit la matière comme constituée de minuscules sphères indestructibles et indivisibles, les atomes.

Ensuite, en 1904, Joseph John Thomson suppose que l'atome est formé d'une masse homogène positive dans laquelle se trouvent distribuées des charges discrètes négatives, les électrons, qu'il a découvertes en 1897, le tout étant électriquement neutre. C'est cette structure qui a valu au modèle le nom de Plum-pudding.

Masse homogène positive Électron

Le Plum-pudding.

Représentation du modèle atomique selon Thomson.

Au début du XXe siècle, Ernest Rutherford montre expérimentalement que l'atome contient un cœur dense, de charge électrique positive – il découvrira plus tard qu'il est constitué par des protons –, et un nuage très peu dense dans lequel gravitent les électrons. C'est le modèle planétaire de l'atome dans lequel le diamètre du nuage est environ 100 000 fois plus grand que celui du noyau. La taille de l'atome, donc celle de son nuage, est de l'ordre de 10-10 m, soit de quelques dixièmes de nanomètre.

Électron

Noyau avec protons

Vide

Représentation du modèle atomique (ici le fluor par exemple) selon Rutherford.

19

MOD 1

En 1913, le physicien danois Niels Bohr propose un modèle dans lequel les électrons gravitent sur des orbites concentriques autour du noyau. Ces orbites circulaires sont elles-mêmes disposées dans des couches électroniques. Elles sont identifiées par les lettres K, L, M, N, O, P et Q ou par un nombre entier « n » allant de 1 à 7.

Chaque couche ne peut comporter au maximum que 2n² électrons. Les couches O, P et Q ne sont d'ailleurs jamais totalement remplies.

Couche électronique

Nombre maximum d’électrons

K (n=1)

2

L (n=2)

8

M (n=3)

18

N (n=4)

32

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

O (n=5) P (n=6)

...

Q (n=7)

Noyau

KL M N

O

P

Q

n=1 2 3 4

5

6

7

En 1932, James Chadwick, physicien britannique, prix Nobel de physique, met expérimentalement en évidence la présence d'une deuxième particule dans le noyau de l'atome : le neutron. Électriquement neutre et de masse proche de celle du proton, elle assure la cohésion du noyau.

Le nombre de nucléons (protons et neutrons) du noyau d'un atome est donné par le nombre de masse A.

Représentation du modèle atomique en couches électroniques selon Bohr.

b. Les éléments chimiques Un élément chimique est identifié par son symbole, auquel est associé un nombre entier, le nombre atomique. Ce dernier, représenté par Z, désigne le nombre de protons présents dans le noyau ; il est aussi égal au nombre d'électrons présents dans le nuage de l'atome neutre.

Tous les éléments chimiques sont classés par nombre atomique croissant dans le tableau périodique des éléments, de gauche à droite et de haut en bas. Ce dernier est formé de sept rangées horizontales appelées périodes, numérotées de 1 à 7, et de colonnes verticales appelées familles ou groupes, numérotées de 1 à 18.

Ces colonnes sont subdivisées : - en 7 groupes principaux ou groupes « a » (alcalins, alcalino-terreux, terreux, carbonides, azotides, sulfurides et halogènes) ; - le groupe 0 est réservé à la famille des gaz nobles ; - en 10 groupes transitoires ou groupes « b » ; - 14 colonnes non numérotées sont reprises sous deux lignes et correspondent aux lanthanides et aux actinides (éléments subtransitoires).

20

Pour les éléments des groupes « a », ce sont les électrons de la périphérie, c'est-à-dire ceux qui appartiennent à la dernière couche occupée ou couche de valence, qui conditionnent le comportement de l'atome et donc ses propriétés chimiques. On les appelle pour cette raison électrons de valence.

MOD 1

La répartition des électrons dans les différentes couches électroniques est donnée par la configuration électronique de l'atome.

Le modèle de Bohr permet de construire la configuration électronique des atomes dans leur état fondamental.

Cet état correspond à la situation où l'énergie de l'atome est à son minimum : les électrons occupent alors les niveaux de plus basse énergie situés au plus près du noyau.

Configuration électronique du sodium Na (Z = 11) :

Configuration électronique du chlore Cl (Z = 17) :

2 électrons dans la couche K, 8 électrons dans la couche L et 1 électron dans la couche M, ce qui peut s’écrire sous la forme : 11 = 2 + 8 + 1

2 électrons dans la couche K, 8 électrons dans la couche L et 7 électrons dans la couche M, ce qui peut s’écrire sous la forme : 17 = 2 + 8 + 7

e-

Noyau

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

Exemples :

e-

Noyau

c. L'électronégativité Notée par la lettre grecque khi (χ), l'électronégativité est un nombre sans unité compris entre 0,7 et 4,0 dans l'échelle proposée par le chimiste américain Linus Pauling. Elle exprime la capacité de l'atome d'un élément chimique à attirer à lui les électrons d'une liaison.

L'électronégativité permet de classer les éléments du tableau périodique en trois grandes catégories : les métaux, les non-métaux et les gaz nobles. Les premiers ont une électronégativité faible et les deuxièmes une électronégativité élevée. Dans l'échelle de Pauling, on ne donne en général pas d’électronégativité aux gaz nobles (bien qu'elle puisse exister dans d'autres échelles et pour certains d'entre eux, comme Kr, Xe et Rn).

On distingue parfois une quatrième catégorie : les métalloïdes, dont l'électronégativité et les propriétés sont intermédiaires entre celles des métaux et celles des non-métaux.

21

ACTIVITÉ 1

MOD 1

DOC 1

1. Montrez, en prenant comme exemples le calcium et le soufre, qu'un élément principal possède un numéro de famille égal au nombre d'électrons de sa couche de valence et que le nombre de couches occupées correspond au numéro de sa période.

2. Donnez la configuration électronique des éléments Ga, Ge et As, leur nombre d'électrons de valence et le nom de leur groupe.

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

3. En consultant le tableau périodique : a. Comment évolue l'électronégativité dans une période et dans un groupe ? b. Quels sont les deux éléments des familles « a » qui sont les plus électronégatifs ? c. Quels sont les deux éléments des familles « a » qui sont les moins électronégatifs ?

2

SPECTROSCOPIE ATOMIQUE

DOC 2

LABO PROF

ÉMISSION DE LUMIÈRE PAR LES SELS CHAUFFÉS Matériel et solutions : • pulvérisateur • bec bunsen • solution 0,1 mol/L de LiCl • solution 0,1 mol/L de NaCl • solution 0,1 mol/L de KCl • solution 0,1 mol/L de Ba(NO3)2 • solution 0,1 mol/L de CuSO4 Mode opératoire : Pulvérisez dans la flamme bleue d'un bec bunsen chacune des solutions proposées.

Observez la couleur de la lumière émise.

22

DOC 3 En faisant passer un faisceau de rayons lumineux provenant de notre Soleil à travers un prisme, cette lumière dite « blanche » se trouve déviée et décomposée en une série de bandes colorées qu'on appelle le spectre visible du rayonnement solaire. La lumière est une énergie dont la valeur est liée à sa couleur. Pour le domaine du visible, l'énergie lumineuse augmente du rouge au violet :

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

MOD 1

SPECTRE DE LA LUMIÈRE SOLAIRE

Décomposition de la lumière solaire par un prisme.

violet bleu é n e r g i e

vert jaune orange rouge

Tableau des couleurs de la lumière en association avec leur énergie.

D'autres rayonnements, de même nature que la lumière, mais non visibles pour l'œil humain, existent aussi et sont associés à une énergie.

énergie

Longueur d’onde λ

0,01 nm Rayons γ

1nm

100nm Rayons X

380nm Ultraviolets

750nm Lumière visible

1mm

1cm

Infrarouges

Microondes

1m Ondes radar

1km Ondes radio

Différents types de rayonnements associés à leur énergie.

380nm

750nm

23

MOD 1

DOC 4 SPECTROSCOPIE ATOMIQUE

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE L’ATOME

Lorsqu'on analyse avec un prisme la lumière émise par des atomes portés à haute température, on obtient un spectre discontinu de lumière, appelé spectre d'émission. Chaque raie émise correspond à une énergie. Seules les lumières d'une certaine énergie sont émises par les atomes d'un élément chimique. Le spectre obtenu est spécifique pour chaque élément : il est comme une signature de l'atome.

De la même manière, lorsqu'on éclaire un élément chimique avec un rayonnement qui contient toutes les énergies, on observe expérimentalement que seules certaines d'entre elles sont absorbées : c'est le spectre d'absorption de l'élément chimique. Il s'avère que les énergies absorbées sont les mêmes que celles qui sont émises.

Partie du spectre d'émission de quelques éléments chimiques (de haut en bas : H, He, Hg et U).

énergie Partie des spectres d'absorption et d'émission de l'hydrogène.

La science qui étudie l'émission ou l'absorption de lumière par la matière se nomme la spectroscopie. Elle est utilisée pour obtenir des informations sur la composition et la structure des molécules. En astrophysique, l'analyse de la lumière émise par les étoiles permet de déterminer leur composition qualitative (les éléments qui la composent) et quantitative (leur pourcentage relatif ) .

Image de la constellation d'Orion dont l'analyse spectrale témoigne de la présence d'hydrogène.

24

LEXIQUE

acide gras

acide carboxylique à longue chaine carbonée (C12 à C24)

adsorption

phénomène de fixation d’une particule gazeuse sur une surface métallique par interactions intermoléculaires

agitation thermique

est assurée par les mouvements incessants et aléatoires des molécules et de leurs atomes, dont l’intensité varie avec la température

alcalino-terreux

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 2 ou groupe IIa

alcalins

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 1 ou groupe Ia

alcane linéaire

hydrocarbure saturé formé uniquement d’une chaine carbonée

alcane ramifié

hydrocarbure saturé formé d’une chaine carbonée et d’un ou plusieurs radicaux alkyles

allotropique

relatif à des organisations différentes, souvent cristallines, d'atomes ou de molécules

anion

atome ou groupement qui porte une ou plusieurs charges électriques négatives

apolaire

se dit d’une molécule qui ne présente pas de dipôle électrique

aromatique

se dit d’un composé présentant un ensemble de propriétés physiques et chimiques comparables à celles du benzène

asphalte

ensemble de matériaux appartenant aux bitumes qui servent au recouvrement des chaussées

athermique

se dit d’un processus chimique (ou physique) sans transfert d’énergie thermique entre le système et l’environnement

azotides

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 15 ou groupe Va

barycentre

analogue d'un centre de gravité où les charges électriques se substituent aux masses

biochimique

se dit des réactions chimiques qui se déroulent au sein des êtres vivants

calorimètre

dispositif expérimental qui permet de déterminer une variation d’enthalpie d’une réaction chimique (combustion, neutralisation,…) ou d’un phénomène physique (fusion,…)

LEXIQUE

capacité calorifique

270

massique capacité calorifique

(c) quantité d'énergie thermique nécessaire pour élever d'un kelvin (ou d'un degré Celsius) la température d'un kilogramme de matière

molaire

(C) quantité d'énergie thermique nécessaire pour élever d'un kelvin (ou d'un degré Celsius) la température d'une mole de matière

carbonides

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 14 ou groupe IVa

carburant

mélange combustible qui fournit l’énergie d’un moteur thermique

catalyseur

substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans être consommée par celle-ci

catalyseur hétérogène

substance augmentant la vitesse d'une réaction chimique et présente dans une phase distincte de celle des réactifs

catalyseur homogène

substance augmentant la vitesse d'une réaction chimique et présente dans la même phase que celle des réactifs

cation

atome ou groupement qui porte une ou plusieurs charges électriques positives

chaine carbonée

la succession de liaisons entre atomes de carbone, qui forme le « squelette » d’une molécule organique

chaleur

grandeur équivalente à l'énergie thermique ; elle est liée directement à l'agitation thermique

charge partielle

charge électrique portée par un atome qui est inférieure à la charge de l’électron

chemin réactionnel

ensemble des processus chimiques empruntés par une réaction chimique pour transformer les réactifs en produits

comburant

substance qui réagit avec un combustible dans une réaction de combustion ; c’est le plus souvent le dioxygène de l’air

combustible

matière qui, par réaction de combustion, produit un dégagement de chaleur

concentration massique

(γ) rapport entre la masse de soluté dissout et le volume de solution ; elle s’exprime en g/L

concentration molaire

(C) rapport entre la quantité de soluté dissout et le volume de solution ; elle s’exprime en mol/L

configuration électronique

organisation en couches des électrons autour du noyau atomique

configuration spatiale

disposition dans l’espace des atomes d’une molécule

(Kc) nombre caractérisant une réaction chimique à l’équilibre ; il dépend de la température

contrail

(mot anglais) trainée blanche formée par la condensation de la vapeur d’eau émise par les moteurs d’avion à très haute altitude

corps pur simple

corps pur dont les molécules sont constituées d’atomes appartenant au même élément chimique

couche de valence

dans le modèle de Bohr, dernière couche électronique non vide de l’atome

covalence parfaite ou pure

liaison covalente réalisée entre deux atomes de même électronégativité

covalence polarisée

liaison covalente réalisée entre deux atomes d’électronégativité différente. Elle génère des charges partielles positive et négative

craquage

processus qui consiste à casser les molécules d'alcanes issues des fractions pétrolières moyennes et lourdes en molécules de plus petites tailles

cristal

empilement régulier dans l’espace : il existe des cristaux atomiques (diamant), moléculaires (sucre cristallisé) ou ioniques (sel de cuisine)

cyclique

se dit d’une chaine carbonée qui se referme sur elle-même

désorption

phénomène inverse de l’adsorption au cours duquel les molécules adsorbées sur une surface s’en détachent

désulfuration

processus qui consiste à diminuer le taux de particules soufrées dans le pétrole brut et les fractions pétrolières

dipôle électrique

molécule présentant deux pôles électriques (un positif et un négatif )

doublet liant

nom donné aux deux électrons formant une liaison covalente entre deux atomes

doublet non liant

nom donné à deux électrons appariés ne formant pas de liaison covalente

effet de serre

phénomène thermique naturel qui consiste en l’absorption du rayonnement thermique réfléchi par la Terre par les gaz dits à effet de serre (CO2, CH4,…)

électrolyte

substance qui, dissoute dans l’eau, la rend conductrice de courant électrique car elle se dissocie en ions

électron célibataire

électron ne formant pas un doublet dans le modèle de Lewis

électron de valence

électron présent dans la couche de valence

électronégativité

(χ) grandeur qui mesure la tendance d’un élément à attirer des électrons (sans unité)

élément chimique

ensemble des atomes caractérisés par le même numéro atomique

émulsion

mélange hétérogène de deux substances non miscibles par formation de micelles

endothermique

se dit d’un processus chimique (ou physique) qui transfère de l’énergie thermique de l’environnement vers le système

enthalpie

(H) grandeur associée à l'énergie d'un système ; elle est susceptible d'être modifiée au cours d'une transformation chimique ou physique

enthalpie de formation

(ΔHf ) énergie de réaction nécessaire à la formation d’une mole de substance (pure) à partir de ses éléments pris dans leur forme la plus stable

enthalpie libre

grandeur thermodynamique qui caractérise l’énergie disponible dans un système, tenant compte de son entropie

entropie

grandeur thermodynamique qui caractérise le désordre d’un système

environnement

portion de l'univers susceptible d'interagir avec le système

enzyme

protéine dotée de propriétés catalytiques

estérification

réaction chimique entre un alcool et un acide (carboxylique ou non)

exothermique

se dit d’un processus chimique (ou physique) qui transfère de l’énergie thermique du système vers l’environnement

famille chimique

ensemble des éléments d’une colonne du tableau périodique des éléments

fonction

en chimie organique, il s’agit d’un assemblage d’atomes présentant un motif particulier et associé à certaines propriétés physico-chimiques. Par exemple le motif « COOH » correspond à la fonction acide carboxylique

LEXIQUE

constante d’équilibre

271

fonction acide carboxylique

assurée par la présence des groupements hydroxyle (-OH) et carboxyle (-CO) sur le même atome de carbone

fonction alcool

groupement hydroxyle (-OH) porté par un atome de carbone

fonction ester

assurée par la présence des groupements carboxyle (-CO) et O-R où R est une chaine alkyle, sur le même carbone

formule brute

terme de chimie organique qui correspond à la formule moléculaire d’une substance

formule développée

notation d’une molécule (le plus souvent organique) où toutes les liaisons sont apparentes

formule semi-

notation courante en chimie organique, où les atomes d’hydrogène sont rassemblés sur les atomes de carbone ou sur les hétéroéléments qui les portent

LEXIQUE

développée formule topologique

notation très condensée utilisée en chimie organique, où les atomes de carbone et les atomes hydrogène qu’ils portent ne sont pas renseignés. On se contente donc des barres indiquant les liaisons, des hétéroéléments, et des atomes d’hydrogène portés par ces derniers

fraction pétrolière

ensemble de molécules d'hydrocarbures appartenant à une même gamme de température d'ébullition et issu de la distillation du pétrole brut

fullerènes

famille moléculaire d'une forme allotropique du carbone

gaz nobles

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 18 ou groupe VIIIa (ou 0)

groupe chimique

voir famille chimique

halogènes

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 17 ou groupe VIIa

hémoglobine

protéine du sang qui assure l’essentiel du transport du dioxygène

hétéroatome

synonyme d’hétéroélément

hétéroélément

en chimie organique, nom donné aux éléments chimiques qui ne sont pas des carbones ni des hydrogènes

homéostasie

ensemble des phénomènes autorégulés indispensables au maintien de la vie d’un organisme

hydratation

processus physicochimique qui décrit les interactions entre un soluté (molécule polaire ou ion) et le solvant eau

hydrocarbure

molécule organique exclusivement composée de carbone et d’hydrogène

hydrolyse

réaction chimique qui implique l’eau comme réactif

hyperbare

à une pression supérieure à la pression atmosphérique

ion

atome ou groupement qui porte une ou plusieurs charges électriques

isomères

molécules qui sont identifiées par la même formule brute mais qui présentent des structures différentes

isomères de fonction

se dit de deux molécules différentes présentant la même formule brute mais comportant des fonctions différentes

isomères de position

se dit de deux molécules différentes présentant la même formule brute et les mêmes fonctions mais des structures différentes

isomères de structure

molécules ayant la même formule brute mais qui diffèrent par l'agencement des liaisons de leurs atomes

kérosène

fraction pétrolière dont la température d’ébullition se situe entre 150 et 230 °C et qui est utilisée notamment comme carburant d’avion

liaison covalente

liaison chimique entre deux atomes réalisée par la mise en commun de 2 électrons

liaison hydrogène

liaison intermoléculaire résultant de l'attraction coulombienne entre un atome d'hydrogène porteur d'une charge partielle positive d'une molécule et un doublet non liant porté par un atome (le plus souvent O ou N) d'une autre molécule

liaison ionique

liaison assurée par les forces de Coulomb au sein d’un cristal ionique

liaison métallique

liaison chimique qui assure la cohésion des atomes d'un métal

liaisons simple, double ou triple

272

nom donné à la liaison entre deux atomes réalisée par une, deux ou trois liaisons covalentes

se dit d’une chaine carbonée où chaque atome de carbone n’est lié qu’à un ou deux atomes de carbone. Opposé de « ramifié »

maille élémentaire

structure la plus simple qui, reproduite dans les trois dimensions, donne l'image d'un cristal

métal

(M) ensemble des éléments chimiques de faible électronégativité ayant des propriétés physiques et chimiques caractéristiques des métaux

métalloïdes

ensemble des éléments chimiques ayant une électronégativité et des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et celles des non-métaux

micelle

petite structure sphérique formée des ions carboxylates des savons

miscible

se dit de deux liquides qui forment un mélange homogène

modèle de Bohr

représentation idéalisée de la structure du nuage électronique des atomes, proposée par Bohr

modèle de Lewis

schéma topologique de la molécule réalisé à partir des représentations atomiques de Lewis

mole

(mol) unité du SI de quantité de matière, contenant 6,02.1023 entités (atomes, molécules, ions…)

naturelle

qui est le résultat d’un processus réalisé sans intervention humaine. Opposé de « synthétique »

nombre atomique

(Z) caractéristique d’un élément chimique ; nombre de protons présents dans son noyau

nombre de masse

(A) nombre de nucléons présents dans le noyau d'un atome

non-métal

(M' ou X) ensemble des éléments chimiques de forte électronégativité ayant des propriétés physiques et chimiques caractéristiques des non-métaux

nucléon

particule présente dans le noyau de l'atome (proton et neutron)

octet

se dit lorsque la couche de valence contient huit électrons comme celle des gaz nobles

orbite

nom donné à la trajectoire de l'électron dans le modèle de Bohr

paraffine

solide blanc constitué d’hydrocarbures de la famille des alcanes

période

nom donné à une ligne du tableau périodique des éléments

perturbation

modification imposée à un système, qui va le conduire à évoluer vers un nouvel équilibre

physiologique

relatif à l’organisation mécanique, physique et biochimique des organismes vivants

polaire

se dit d’une molécule qui présente un pôle électrique positif et un pôle électrique négatif

polymère

molécule constituée d’une chaine de molécules semblables ou non

pont hydrogène

voir liaison hydrogène

pouvoir calorifique

quantité de chaleur libérée par la combustion complète d’un kilogramme de substance

proportions stœchiométriques

se dit d’un rapport de quantités de réactifs qui est égal au rapport des coefficients stœchiométriques de l’équation

pyrolyse

décomposition chimique d’un composé organique sous l’effet de la chaleur

quantité de chaleur

(Q) chaleur nécessaire pour porter la température d’un corps de sa valeur initiale (Ti) à sa valeur finale (Tf )

quotient réactionnel

nombre caractérisant à tout moment une réaction chimique ; il se calcule à partir des concentrations molaires des réactifs et des produits affectés en exposant de leur coefficient stœchiométrique

radical alkyle

groupement composé uniquement de carbone et d’hydrogène qui s’attache à un atome de carbone de la chaine carbonée

ramifié

se dit d’une chaine carbonée où au moins un atome de carbone est lié à au moins trois autres atomes de carbone. Opposé de « linéaire »

réactif en excès

se dit du ou des réactifs qui ne seront pas épuisés lors d’une réaction complète

réactif limitant

se dit du seul réactif épuisé lors d’une réaction complète

réaction complète

réaction qui consomme au moins complètement un de ses réactifs

réaction directe

réaction qui transforme les réactifs d’une équation chimique en produits

réaction incomplète

réaction qui ne consomme complètement aucun de ses réactifs

réaction inverse

réaction qui transforme les produits d’une équation chimique en réactifs

réaction réversible

réaction qui fait l’objet d’un équilibre dynamique entre réactions directe et inverse

LEXIQUE

linéaire

273

LEXIQUE

réaction spontanée

réaction qui transforme le système de façon spontanée, sans apport d’énergie extérieur

représentation de Lewis

combinaison du symbole chimique et des points représentatifs des électrons de valence

saponification

réaction chimique d'hydrolyse d'un ester par une base forte générant un alcool et le sel de l'acide

schéma de Lewis

représentation atomique utilisant une croix pour disposer les électrons de valence conformément au modèle du même nom

solvatation

processus physicochimique qui décrit les interactions entre soluté et solvant

spectre d'absorption

image mettant en évidence les rayonnements absorbés, selon leur énergie, par la matière (atomes, molécules ou ions) dans certaines conditions

spectre d'émission

image des raies obtenues par la décomposition, selon leur énergie, du rayonnement émis, dans certaines conditions, par la matière (atomes, molécules ou ions)

spectre visible

image obtenue par la décomposition, selon leur énergie, des rayons lumineux formant la lumière blanche émis par le Soleil

spectroscopie

science qui étudie l'absorption ou l'émission de lumière par la matière

spontanéité

tendance d’un système à se transformer pour arriver vers un état plus stable

stœchiométrie

méthode de calcul des quantités de réactifs et de produits intervenant dans une réaction chimique

sulfurides

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 16 ou groupe VIa

synthétique

qui provient d’une synthèse chimique opérée par l’homme, par opposition à « naturelle »

système

portion délimitée de l’univers dans laquelle des espèces subissent un phénomène physique ou chimique ; susceptible d’interagir avec l’environnement

système fermé

système qui permet un échange d’énergie mais pas de matière avec l’environnement

système isolé

système qui ne permet aucun échange d’énergie, ni de matière avec l’environnement

système ouvert

système qui permet un échange d’énergie et de matière avec l’environnement

température

(θ ou T) propriété physique qui est une mesure associée à l’agitation thermique

température absolue

échelle de températures mesurées en kelvin qui prend comme zéro la température d’un système sans agitation thermique

tensioactif

susceptible de diminuer la tension superficielle d'un liquide

terreux

tout élément du tableau périodique appartenant à la colonne 13 ou groupe IIIa

tétraèdre

(régulier) volume formé de quatre sommets et de quatre faces triangulaires équilatérales

tonne équivalent pétrole

(tep) unité de mesure énergétique qui correspond à l’énergie dégagée (42 GJ) par la combustion d’une tonne de pétrole brut

topologique

relatif à la partie de la géométrie qui considère uniquement la relation des positions dans l’espace

transition électronique

processus impliquant le changement d'orbite d'un électron dans le modèle de Bohr

variation d’enthalpie

(ΔH) quantité de chaleur échangée entre le système et l’environnement ; elle correspond à la différence entre l’enthalpie des produits (HP) et l’enthalpie des réactifs (HR)

vitesse d’une réaction chimique

274

mesure la variation des concentrations de réactifs et de produits au cours d'un intervalle de temps

VSEPR

(Valence Shell Electron Pairs Repulsion) modèle développé par Gillespie pour déterminer la géométrie d'une molécule

zéro absolu

température correspondant à une agitation thermique nulle

ANNEXES

Des annexes supplémentaires sont disponibles sur Scoodle !

ANNEXE 1

Température (°C)

Kc

2 H2O(g)

25

3.1081

CH3OH(g)

227

14,5

25

5.1022

927

1

25

2.10-21

827

10

1

1

2 CO(g)

927

0,60

1

1

2 HI(g)

445

50

1

2 NO(g)

2027

2.10-3

25

5.10-3

300

117

500

6,1

600

0,14

250

4.10-2

727

3.102

2 H2 (g) + S2 (g)

727

1.10-6

1

TABLE DE VALEURS DE CONSTANTES D’ÉQUILIBRE

1

HbO2 *

37

0,9

1

Réaction

HbCO *

37

225

1

1

1

CO(g) + 2 H2 (g)

1

2 H2 (g) + O2 (g)

N2 (g) + O2 (g)

1

PCl3 (g) + Cl2 (g)

Hb + CO *

1

1

1

Hb + O2

1

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 H2S(g)

2 NH3 (g)

1

1

1

PCl5 (g)

1

N2 (g) + 3 H2 (g)

2 NO2 (g)

1

ANNEXES

1

N2O4 (g)

1

1

H2 (g) + I2 (g)

1

C(s) + CO2 (g)

CaCO3 (s)

CO(g) + H2 (g)

1

C(s) + H2O(g)

1

CaO(s) + CO2 (g)

2 SO3 (g)

Hb ne représente pas un élément chimique, mais est une abréviation pour la molécule d’hémoglobine. Par ailleurs, cette molécule peut fixer 4 molécules de O2, avec pour chacune un Kc différent.

276

actinides

lanthanides

Thorium

Cérium

Seaborgium

Durbnium

Rutherfordium

Actinium

Radium

Francium

Protactinium

Praséodyme

Uranium

Neodyme

Bohrium

Rhénium

Tungstène

Tantale

Hafnium

Lanthane

Baryum

Césium

Fr

Technétium

Molybdène

Niobium

Zirconium

Yttrium

Strontium

Rubidium

(Wolframium)

Manganèse

Chrome

Vanadium

7

Titane

6

Scandium

5

Calcium

4

Potassium (Kalium)

3

Magnésium

Sodium (Natrium)

Cuivre

Neptunium

Promethium

Hassium

Osmium

Ruthénium

Fer

8

Plutonium

Samarium

Meitnerium

Iridium

Rhodium

Cobalt

9

Cn

Curium

Gadolinium

Berkélium

Terbium

Copernicium

Rg

Roentgenium

Mercure

(Hydrargyrum)

Cadmium

Zinc

12

Or (Aurum)

Argent

Cuivre

ANNEXES

Americium

Europium

Darmstadtium

Platine

Palladium

Nickel

10

11

Configuration électronique

Masse atomique relative

Symbole

Nombre atomique

Électronégativité

Classification périodique des éléments

Béryllium

2

Lithium

Hydrogène

1

Fl

Californium

Dysprosium

Einsteinium

Holmium

Flérovium

Uut

Ununtrium

Plomb

Etain (Stannum)

Germanium

Silicium

Carbone

14

Thallium

Indium

Gallium

Aluminium

Bore

13

Fermium

Erbium

Uup

Ununpentium

Bismuth

Antimoine

Arsenic

Phosphore

Azote

15

Mendélévium

Thulium

Lv

Livermorium

Polonium

Tellure

Sélénium

Soufre

Oxygène

16

Nobélium

Ytterbium

Uus

Ununseptium

Astate

Iode

Brome

Chlore

Fluor

17

Lawrencium

Lutécium

Ununoctium

Radon

Xénon

Krypton

Argon

Néon

Helium

18

ANNEXE 2

TABLEAU PÉRIODIQUE

277

ANNEXE 3 SÉCURITÉ ET LOGOS DU DANGER La sécurité dans un laboratoire de chimie doit toujours être assurée. Pour cela, le chimiste doit porter une tenue adéquate, à savoir porter une blouse de laboratoire en coton, des lunettes de sécurité, éventuellement des gants, attacher les cheveux longs…

Il doit aussi respecter toutes les consignes comme l’interdiction de boire, de manger, de gouter ou encore de respirer à pleins poumons un composé chimique. Il doit aussi prendre l’habitude de toujours refermer les flacons.

ANNEXES

Il doit également connaitre la dangerosité des réactifs qu’il est amené à manipuler. Ces indications sont rendues obligatoires sur les emballages de tous les réactifs chimiques par le règlement CPL européen. Les pictogrammes du danger se présentent sous forme de losanges rouges et sont au nombre de neuf. Cette information est complétée par une série de phrases-codes de type P – pour Precautions (mesures de précaution) – et de type H – pour Hazard (danger) –, qui indiquent de façon précise les dangers des produits d’usage courant. Ces codes P et H sont aussi présents sur tous les réactifs de laboratoire de chimie.

J’altère la santé

Accompagne les produits irritants qui, en cas de contact direct, prolongé ou répété, peuvent entrainer des démangeaisons, des rougeurs, voire des inflammations de la peau. Généralement, l’effet est réversible, la substance s’éliminant par un bon nettoyage au savon.

Exemple : tablettes pour lave-vaisselle.

Je tue

Désigne les produits toxiques qui, suite à une inhalation, un contact cutané ou une absorption peuvent entrainer de graves problèmes de santé, voire, dans des circonstances exceptionnelles, déboucher sur la mort.

Exemple : le liquide antigel.

Je ronge

Met en garde contre les produits corrosifs ou caustiques pour la peau et les muqueuses. En cas de contact cutané, ils peuvent entraîner des brûlures sévères et irréversibles dont on ne prend parfois pas conscience tout de suite.

Exemple : le déboucheur pour canalisation de sanitaires.

Je flambe

Indique qu’un produit peut prendre facilement feu au contact d’une flamme, d’une étincelle ou d’une forte source de chaleur. Gare aux brûlures plus ou moins sévères, surtout si c’est un liquide qui s’est répandu sur la peau.

Exemple : l’acétone.

278

J’explose

Prévient qu’il s’agit d’un produit qui peut exploser au contact d’une flamme, à cause d’un choc, sous l’effet de la chaleur ou suite à des frottements. Les séquelles physiques vont de la brûlure à la perte d’un membre.

Exemple : feux d’artifice.

Je pollue

Désigne des produits toxiques pour l’environnement avec un danger franc pour la faune. Ils peuvent se révéler mortels pour les poissons ou les abeilles.

Exemple : certains pesticides.

Je fais flamber

Indique que le produit contient beaucoup d’oxygène et que, du coup, il peut entrainer la combustion de substances inflammables ou de combustibles. Ils sont réservés aux professionnels.

Je nuis gravement à la santé

Met en garde contre des produits qui, sur le long terme, peuvent provoquer cancer, infertilité et autres lésions des organes. On ne les trouve en principe pas parmi les produits ménagers car ils sont interdits à la vente pour les consommateurs. L’avertissement vaut donc surtout pour les professionnels.

ANNEXES

Exemple : acide nitrique.

Exemple : diluant pour peintures.

Je suis sous pression

Désigne un produit conservé sous pression. On n’en trouve a priori pas chez les particuliers, puisque ce conditionnement est destiné à un usage professionnel.

Exemple : bouteille d’oxygène.

Source : Le Soir, Jeudi 18 juin 2015, Julien Bosseler.

279

ANNEXE 4 CHIFFRES SIGNIFICATIFS ET ARRONDIS À l’issue d’un calcul portant sur les grandeurs physiques, il est fréquent d’obtenir une valeur numérique comportant de nombreux chiffres après la virgule. Souvent, ces chiffres devront être arrondis.

Combien de chiffres après la virgule faut-il conserver ?

Seuls les chiffres significatifs doivent être conservés, c’est-à-dire ceux qui tiennent compte de la précision des mesures du départ.

ANNEXES

Exemple Après calcul, on obtient une masse de 9,340 54 g.

Si la précision de départ est du dixième de g → m = 9,340 54 g m = 9,3 g

280

Règles pour arrondir ?

• Si le chiffre qui suit le dernier chiffre significatif est ≥ à 5: arrondir à l’unité supérieure.

• Si le chiffre qui suit le dernier chiffre significatif est < à 5: arrondir à l’unité inférieure.

Exemples m = 9,360 78 g → 9,4 g m = 9,351 37 g → 9,4 g m = 9,349 29 g → 9,3 g

Enfin une collection de sciences complète et spécifique pour le 3e degré de l’enseignement général !

Vous y trouverez : Liberté, F lexibilité et R igueur.

Ce manuel, spécialement développé pour le cours de Chimie Sciences générales en 5e année, a été conçu en fonction du référentiel de compétences terminales et savoirs requis.

Chaque module comprend : Une introduction pour présenter la matière ; D eux situations de départ en lien avec les centres d’intérêts des élèves pour : > laisser le choix à l’enseignant ; > lui permettre de s’adapter à ses élèves ; > varier d’une classe à l’autre.

Des documents (ressources) et des activités pour découvrir la matière ; Des vidéos directement accessibles via un code QR ; Des synthèses complètes et variées, textuelles et visuelles ; Des exercices progressifs brassant les 3 processus : appliquer, transférer et connaitre ; Des points « Pour en savoir plus » afin d’éveiller la curiosité des élèves .

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