Notions abordées en cours de chimie et situations de la vie courante. publié le 29/12/2008  - mis à jour le 02/03/2009

I. Chimique ou naturel ?

1- Chimie du monde : Espèces chimiques

1.1- Inventaire et classement de quelques espèces chimiques.

• Substances chimiques présentes dans un « produit » de la nature ou dans un « produit » manufacturé.
  • Eau minérale/eau gazeuse, comparaison d’étiquettes d’eau.
  • Produits alimentaires, comparaison de « produits » alimentaires.

1.2-Espèces chimiques naturelles et espèces chimiques synthétiques.

• « Produit » manufacturé - arômes ? papier ?...
• « Produit » naturel fruits...
  • Du saule à l’aspirine, historique de la découverte du principe actif de la « salicine ».
  • De la garance à l’alizarine, du colorant naturel au colorant artificiel.

2- Le monde de la chimie : extraction, séparation, identification des espèces chimiques

2.1- Techniques d’extraction d’espèces chimiques organiques.

• Approche historique.
• Décoction, infusion…
• Enfleurage.
• Extraction par solvant ou entrainement à la vapeur.
• Hydrodistillation,décantation,filtration.
  • Extraction de la vitamine C, bref historique.

2.2- Séparation et identification d’espèces chimiques.

• Chromatographie sur couche mince :
  composition des encres, colorants alimentaires, extraits de végétaux.
• Caractéristiques physiques :température Tf, Teb, densité, solubilité, couleur, indice de réfraction
• Sécurité
  • Identification de la vitamine C, les différentes méthodes d’extraction.
  • Comment mesure-t-on le degré en alcool du vin ? Utilisation et principe de fonctionnement d’un densimètre ou aréomètre d’Antoine Baumé.
  • Faire la lumière sur un liquide... mesurer par réfractométrie.
  • Des bienfaits du sel dans l’eau, du salage des routes à la cuisson des pâtes.

3- Le monde de la chimie : Synthèse des espèces chimiques

3.1- Nécessité de la chimie de synthèse.

• Des colorants naturels hors de prix, de la cochenille (Dactylopius coccus Costa) au E120.

• L’ammoniac sur tous les fronts, domaine d’utilisation.

3.2- Synthèse d’une espèce chimique.

• Synthèse d’une espèce existant dans la nature et susceptible d’être extraite.
  • Synthèse des colorants, article de Georges Bram et Nguyên Trong Anh.
  • Synthèse de matières plastiques, article de John Ewen.

3.3- Caractérisation d’une espèce chimique synthétique.

• Identité entre espèce chimique de synthèse et la même espèce naturelle.
  • Pénicillines, bref historique.

II. Constitution de la matière

1- Des modèles simples de description de l’atome

1.1- Un modèle de l’atome.

• Noyau (nucléons, protons, neutrons), électron.
• Numéro atomique, Nombre de masse,...
• Electroneutralité de l’atome, charges électriques, charge élémentaire.
• Ordres de grandeur : masse atome et noyau.
• Dimensions relatives noyau/atome.
  • Ordres de petitesse.
  • Pourquoi la poussière se colle-t-elle si facilement sur un écran de télévision cathodique ? L’électron « polariseur » de poussière
  • Des charges pour photocopier, principe du photocopieur.
  • Et si la nature avait vraiment horreur du vide... Combien y a-t-il d’entités élémentaires aériennes dans une bouteille d’un litre d’air ? dans « l’ultravide » ?
  • Une matière pleine de... vide.

1.2- L’élément chimique.

• Isotopes Ions monoatomiques.
• Caractérisation de l’élément par son numéro atomique et son symbole.
• Conservation lors des transformations chimiques : (Cycle naturel du carbone, de l’azote,...) et non conservation lors des réactions nucléaires (dans le soleil, les étoiles)
• Le nombre d’éléments chimiques dans l’univers est-il illimité ?
• Abondance relative : univers, Soleil, Terre, homme, végétal.
  • Traceurs isotopiques.
  • De l’ozone, formation et utilisation.
  • Des ions dans l’eau minérale.
  • Peut-on transmuter du mercure en or ?
  • Carbone, football et nanotechnologies.

1.3- Un modèle de cortège électronique.

• Modèle en couche (historique ?)
  • Représentations de l’atome.

2- De l’atome aux édifices chimiques

2.1- Les règles du duet et de l’octet.

• Règles de stabilité des atomes des gaz nobles, inertie chimique.
• Applications : structure électronique des ions monoatomiques stables, et modèle de la liaison covalente.
  Représentation de Lewis de quelques molécules courantes.
  Doublets liants et non-liants.
  Notion d’isomérie.
  Formules brutes, développées et semi-développées.
  
  • Du conditionnement des oranges à l’analogie avec le conditionnement des oranges dans des cageots.
  • Rares, nobles ou inertes ?

2.2- Géométrie de quelques molécules simples,de la vie courante.

• Méthane, dioxyde de carbone,…….et exemple vues en SVT
• Disposition relative des doublets d’électrons en fonction de leur nombre.
• Représentation de Cram.
  • Comment une expérience amusante sur un filet d’eau renseigne sur la structure de sa molécule.

3- La classification périodique des éléments

3.1- Classification périodique des éléments.

• Démarche de Mendeleïev.
• Les critères actuels.Aspect historique.
• Comparaison des volumes relatifs des atomes.
  • La taxonomie élevée au niveau d’une science, rapport de Dmitri Mendéléiëv

3.2- Utilisation de la classification périodique .

• Famille chimique.
• Formules des ions monoatomiques et des molécules simples.
  • Les alcalins.
  • Des lanthanides pas si rares que ça.

III. Transformation de la matière

1-Outils de description d’un système

1.1- De l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique : la mole.

• Unité de quantité de matière.
• Constante d’Avogadro.
• Masse molaire atomique, molaire moléculaire.
• Volume molaire.
  • Y a-t-il une mole de sable sur les côtes françaises ?
  • De l’immensité cachée de la mole.
  • Peut-on « voir » et manipuler les atomes ?
  • Tu quoque, fili ! ou le théorème du dernier souffle de César, problème que posait Enrico Fermi à ses étudiants …

1.2- Concentration molaire des espèces moléculaires en solution.

• Solvant, soluté, solution aqueuse.
• Dissolution d’une espèce moléculaire.
• Concentration molaire d’une espèce dissoute. Dilution.
• Échelle de teinte.
  • Degré d’acidité d’un vinaigre.
  • Nitrates et eau potable.

2- Transformation chimique d’un système

2.1- Modélisation de la transformation : réaction chimique.

• Exemples de transformations chimiques.
• État initial et état final d’un système chimique.
• Équation modélisant la réaction chimique.
• Réactifs et produits.
  • Exemples concrets de réactions chimiques.

2.2- Bilan de matière.

• Avancement.
• Quantités de matière des réactifs et des produits au cours de la transformation.
• Réactif limitant et avancement maximal.
• Bilan matière.
• Évolution du système chimique.
  • A tout seigneur, tout honneur : Antoine Laurent de Lavoisier.