eau dihydrogène + dioxygène

+ ++

avant r éac t ion apr ès r éac t ion

chapitre 1 BASES IMPORTANTES cours de M. Fillodeau

I LES REACTIONS CHIMIQUES

1) DEFINITIONS

On dit qu'une réaction chimique a lieu, lorsque des substances se "transforment" en d'autres substances, différentes.

exemple : -- du fusain (carbone) se consume et avec une braise très vive si on le met dans un flacon rempli de dioxygène.

-- l'expérience s'arrête quand il n'y a plus de dioxygène ou plus de carbone.

-- quand l'expérience s'arrête, on peut mettre en évidence la présence de dioxyde de carbone dans le flacon.

le carbone et le dioxygène ont "disparu", ils se sont "transformés" en dioxyde de carbone.

Les réactifs d'une réaction chimique sont les substances qui disparaissent lors de cette réaction ( le carbone et le dioxygène

dans l'exemple précédent ).

Les produits sont les substances qui se forment ( le dioxyde de carbone dans l'exemple précédent ).

Une réaction s'arrête quand l'un des réactifs a totalement disparu.

Le "bilan" de la réaction est, dans le cas de l'exemple précédent, l'écriture suivante : carbone + dioxygène dioxyde de carbone

Et l' équation-bilan , c'est : C + O2 CO2 La flèche symbolise la réaction et se lit "donne".

2) EXPLICATION

Comment peut-on expliquer cette "transformation" qui a lieu lors d'une réaction ?

Cela vient du fait que toutes les substances sont constituées de petites particules : les atomes (assemblés en molécules), qui lors d'une

réaction se séparent et se réassemblent de manière différente pour former de nouvelles molécules, celles des produits.

Ça "fonctionne" simplement comme des LEGO !

3) EQUATION-BILAN D'UNE REACTION CHIMIQUE

a) Règle de conservation des atomes

On s'est rendu compte que ( démonstration au lycée )

l’équation-bilan d’une réaction donne le nombre minimum de molécules de réactifs qui doivent réagir tout en respectant cette règle.

exemple : -- dans certaines conditions, l'eau (H2O) se transforme en dihydrogène (H2) et en dioxygène (O2)

-- il faut au minimum deux molécules H2O pour former des molécules H2 et O2 sans qu'il reste d'atomes.

-- l'équation-bilan est donc : 2 (H2O) 2 (H2) + O2

l’équation-bilan représente la transformation qui a lieu un très grand nombre de fois lors d’une réaction chimique.

Une goutte d'eau contient 1000 milliards de milliards de molécules d'eau : si elle réagit selon la réaction de l'exemple précédent,

la transformation que représente l'équation-bilan aura lieu 500 milliards de milliards de fois !

b) Comment trouver rapidement l'équation-bilan d'une réaction ?

On ajuste progressivement le nombre de molécules à gauche et à droite de la flèche afin qu'il y ait autant d'atomes de chaque sorte de chaque côté. .

4) CONSERVATION DE LA MASSE

La masse d'une substance est égale à la masse de tous ses atomes. Lors d'une réaction chimique, on ne perd pas d'atomes (puisqu'ils sont

tous réutilisés), donc on ne perd pas de masse : la masse des produits qui se forment est égale à celle des réactifs qui ont disparu.

au cours d'une réaction, la masse totale se conserve

5) EXERCICE n° 1 sur une feuille à part, recopiez et équilibrez les équations suivantes (aucune justification demandée) :

tous les atomes des molécules qui réagissent sont réutilisés pour former les produits ( aucun ne reste, seul, après réaction ).

EXEMPLE 1 : eau dihydrogène + dioxygène

étape 1 : H2O H2 + O2

2 atomes H 2 atomes H

1 atome O 2 atomes O

étape 2 : équilibre des O étape 3 : équilibre des H

2 (H2O) H2 + O2 2 (H2O) 2 (H2) + O2

4 atomes H 2 atomes H 4 atomes H 4 atomes H

2 atomes O 2 atomes O 2 atomes O 2 atomes O

EXEMPLE 2 : heptyne (C7H12) + dioxygène carbone + eau

étape 1 étape 2 : équilibre des atomes C

C7H12 + O2 C + H2O C7H12 + O2 7 C + H2O

7 atomes C 1 atome C 7 atomes C 7 atomes C

12 atomes H 2 atomes H 12 atomes H 2 atomes H

2 atomes O 1 atome O 2 atomes O 1 atome O

étape 3 : équilibre des atomes H étape 4 : équilibre des atomes O

C7H12 + O2 7 C + 6 (H2O) C7H12 + 3 O2 7 C + 6 H2O

7 atomes C 7 atomes C 7 atomes C 7 atomes C

12 atomes H 12 atomes H 12 atomes H 12 atomes H

2 atomes O 6 atomes O 6 atomes O 6 atomes O

voir page 7 pour plus de détails sur les molécules

a) C + CO2 CO d) C3H8 + O2 C + H2O g) CuO + C Cu + CO2

b) C + O2 CO e) CH4 + H2O CO + H2 h) FeO Fe3O4 + Fe

c) C + O2 CO2 f) H2 + Cl2 HCl i) Al2O3 + C + Cl2 AlCl3 + CO

Rq : Cl est le symbole de l'atome de chlore, Cu est celui du cuivre, Fe est celui du fer, et Al est le symbole de l'atome d'aluminium.

p 1

http://prof.fillodeau.free.fr

II NOTION D'ENERGIE

1) QU'EST-CE QUE L'ENERGIE ?

exemples : -- un footballeur possède de l'énergie car il peut faire bouger un ballon.

-- le bois possède de l'énergie : quand il brûle, il nous réchauffe.

-- une pile -- une bougie.

Ces exemples ne sont pas obligés de "fonctionner" pour avoir de l'énergie (le footballeur peut rester immobile et

la pile neuve peut rester dans son emballage) : ce qui compte, c'est qu'ils en soient capables.

L'énergie se mesure en joules ( J ). Autres unités possibles ( cas particuliers ) : calorie , kW.h

Le soleil, le vent, le bois (qui repousse), l’eau d’un barrage (qui revient après les pluies) sont des sources

d’énergie renouvelable. Une pile, une bougie, le pétrole, l’uranium des centrales nucléaires, ne le sont pas.

2) ENERGIE CHIMIQUE

Quand deux atomes sont liés dans une molécule, ils se "retiennent" l'un l'autre : chacun influe donc sur

le mouvement de l'autre et par conséquent, ils possèdent de l'énergie ( cas ).

Cette énergie étant spécifique aux liaisons chimiques, on l'appelle "énergie de liaison" ou "énergie chimique".

Lors d'une réaction, les liaisons atomiques des molécules se cassent et celles des produits se forment :

l'énergie chimique des réactifs devient l'énergie chimique des produits.

Important : la température augmente souvent lors d'une réaction et si c'est une combustion, de la lumière

est produite ( ce qui montre aussi, d'ailleurs, que les molécules ont de l'énergie : cas et ) :

une partie de l'énergie chimique des réactifs devient aussi de l'énergie thermique (et lumineuse).

3) TRANSFERTS ET CONSERVATION DE L'ENERGIE

Ces transferts se font souvent par l'intermédiaire d'appareils appelés "convertisseurs d'énergie",

et on les représente sur des schémas où le convertisseur est entouré au centre,

avec les objets encadrés de chaque côté qui échangent de l'énergie.

exemple 1 : schéma de transferts d'énergie d'une pile

les réactifs sont la "source d'énergie", et c'est une source d'énergie chimique ; en effet, c'est une réaction chimique dans la pile qui provoque le passage du courant dans le circuit (fonctionnement étudié au lycée).

les réactifs "fournissent" de l'énergie chimique à la pile , la pile "reçoit" cette énergie et la transfère en partie aux

produits, le reste étant converti en énergies électrique et thermique qui sont transférées au circuit et au milieu extérieur.

le milieu extérieur, c'est tout ce qui entoure le convertisseur . : le sol et l'air environnants généralement.

une pile chauffe toujours un peu, d'où la présence de l'énergie thermique ici.

conservation de l'énergie : énergie chimique = énergie électrique + énergie chimique (des produits) + énergie thermique

cours de M. Fillodeau

Quelque chose possède de l'énergie s'il peut : -- modifier le mouvement d'un objet

et/ou -- élever la température d'un objet

et/ou -- faire passer un courant dans un circuit électrique

et/ou -- produire de la lumière.

On parle de plusieurs types d'énergie comme :

-- l'énergie mécanique que possède un corps du fait de son mouvement ( pied du footballeur )

-- l'énergie thermique -- l'énergie électrique -- l'énergie lumineuse

-- l'énergie chimique ( cas du bois, de la bougie et de la pile ) -- l'énergie nucléaire.

Lorsqu'un objet perd de l'énergie, elle est toujours entièrement récupérée par d'autres : on dit qu'elle "se conserve"

( principe admis par les physiciens ) et qu'il y a eu un "transfert" d'énergie entre ces objets.

réactifs

milieu extérieur

énergie chimique

énergie thermique

circuit électrique énergie électrique

PILE produits énergie chimique

p 2

Une source d’énergie est dite renouvelable si elle se renouvelle naturellement et assez rapidement

pour être considérée comme inépuisable à l’échelle d'une vie humaine.

exemple 2 : schéma de transferts d'énergie d'un ALTERNATEUR

dans le cas d'un barrage hydroélectrique :

cet alternateur convertit l'énergie mécanique qu'il reçoit en énergie électrique pour EDF

et en énergie thermique "libérée" dans le milieu extérieur.

l'eau est la source d'énergie, elle fournit de l'énergie mécanique (car elle est en mouvement) à l'alternateur.

conservation de l'énergie : énergie mécanique = énergie électrique + énergie thermique

4) PRODUCTION , CONSOMMATION , PERTES ET ENERGIE UTILE

. Un convertisseur consomme un certain type d'énergie et la convertit pour produire un autre type d'énergie. .

La partie de l'énergie réellement utilisée (par l'homme) après un convertisseur est dite utile.

Le reste, ce sont des pertes énergétiques : il s'agit bien souvent de l'énergie thermique libérée dans le milieu extérieur,

inévitable et perdue pour l'homme.

5) PUISSANCE

La notion de temps est importante quand on parle d'énergie.

En effet, une certaine quantité d'énergie fournie à un objet n'a pas les mêmes effets sur ce dernier si

elle lui est délivrée rapidement ou lentement.

Par exemple : en 1 minute, 65000 J fournis à l'eau contenue dans un verre la feront bouillir

alors qu'en 3 heures, l'eau se maintiendra légèrement tiède.

Pour l'exemple précédent, l'énergie fournie à l'eau est 65000 J dans les deux cas mais la puissance est

65000 ÷ ( 60s ) ≈ 1083 J/s = 1083 W ou 65000 ÷ ( 3 x 3600s ) ≈ 6 W

un appareil de chauffage capable de faire bouillir de l'eau doit pouvoir fournir la bonne puissance.

Quand un aimant bouge à proximité d'un fil électrique, cela créé un courant électrique dans ce fil.

Un alternateur est un appareil qui produit de l'électricité selon ce principe.

On fait tourner l'aimant qu'il contient grâce à la force humaine dans les lampes de poche avec une manivelle

ou grâce au mouvement de l'eau dans les barrages hydroélectriques d'EDF.

Il y a toujours des frottements au niveau des parties tournantes d'un alternateur et donc il chauffe toujours un peu.

milieu extérieur

énergie mécanique

énergie thermique

EDF énergie électrique

ALTERNATEUR eau

Pour l'exemple de l'alternateur précédent : -- l'énergie mécanique est consommée,

-- les énergies électrique et thermique sont produites.

-- pour l'homme, l'énergie électrique est l'énergie utile et l'énergie thermique est perdue.

Une "chaîne énergétique" est un schéma de transferts d'énergie qui contient plusieurs convertisseurs.

On parle aussi de puissance produite, puissance consommée, puissance utile et puissance perdue.

p 3

cours de M. Fillodeau

La puissance P est donnée par la formule

C'est une grandeur qui tient compte de avec les unités suivantes :

la "dilution" de l'énergie dans le temps.

Dans les calculs scientifiques, l'énergie est en joules et le temps en secondes, par conséquent

la puissance s'exprime en joule par seconde ( J/s ) ou plus simplement en watts, avec 1 W = 1 J/s.

P = = E

t temps

énergie

W

J

s

P = E t

tonne kg g dg cg mg

m3 dm

3 cm

3 mm

3

L dL cL mL

6) PUISSANCE ELECTRIQUE

En électricité, les formules et donc avec sont toujours valables.

Mais on démontre aussi (hors programme) que la puissance en watts consommée par un appareil est :

où U est la tension en volts aux bornes de cet appareil

et I est l'intensité en ampères du courant qui le traverse.

Si la puissance d'un appareil est 200 W par exemple, cela signifie qu'il consomme 200 joules par seconde

et s'il fonctionne pendant 10 secondes, l'énergie qu'il a consommée est . E = P x t . = 200 x 10 = 2000 J.

exemples (valeurs courantes) :

four lave linge radiateur grille-pain réfrigérateur TV et ordi lampes économiques chargeur téléphone

3500W 2500W 1000 à 2000W 850W 200W 150W 5 à 25W 5W

EDF utilise une autre unité d'énergie que le joule : le kW.h ( "kilowattheure" ).

dans les calculs, il suffit de convertir les puissances en kW et les temps en heures

Rq : dans les unités, on représente les divisions par des slashs comme dans km h qui se lit "kilomètre par heure"

et on représente les multiplications par des points comme dans kW.h qui se lit "kilowatt heure".

Le courant délivré par EDF est "alternatif" : U et I changent constamment, alternent entre plusieurs valeurs.

Mais ces variations (toujours identiques) sont si rapides que les appareils branchés sur une prise ont "l'impression" de

subir une tension et une intensité constantes qu'on appelle "tension efficace" et "intensité efficace".

Dans une maison,

Comme P = U x I et que U est fixe, plus la puissance P est grande, plus l'intensité I est grande, par conséquent :

plus un appareil est puissant électriquement, plus il "consomme de courant" et plus son utilisation alourdit

la facture EDF.

III MASSE VOLUMIQUE

La masse d'un objet est la grandeur qu'on lit sur une balance ( en grammes, en kg … ).

Le volume d'un objet est l'espace qu'il occupe, la place qu'il "prend" ( en m3, en litres … ).

Tableaux de conversion :

exemples :

50 mg = 0,050 g ; 10,5 kg = 10 500 g ; 1 m3 = 1 000 000 cm3 ; 123 mm3 = 0,123 cm3 = 0,0123 cL ; 22 dL = 220 cL

Un volume de 1cm3 d'eau (contenu d'un cube de 1cm d'arête) n'a pas la même masse (1g) que 1 cm

3 d'alcool (0,789g),

que 1cm3 d'aluminium (2,7g), que 1cm

3 de fer (7,874g) ou que 1cm

3 de plomb (11,35g).

On dit que la "masse volumique" de l'eau est ƍeau = 1 g/cm3 ( " 1 gramme par cm

3 " )

De même ƍalcool = 0,789 g/cm3 ; ƍaluminium = 2,7 g/cm

3 ; ƍfer = 7,874 g/cm

3 ; ƍplomb = 11,35 g/cm

3

Chaque matière a sa propre masse volumique, ce qui permet de les différencier.

De manière générale : masse volumique d'une matière = ƍmatière = é

.

exemple ( avec conversion dans une autre unité ) :

1L d'essence a une masse de 750g donc ƍessence = 750 g/L =

=

=

g/cm

3 = 0,750 g/cm

3

P = E

t E = P x t 1W = 1 J/s

P = U x I

A V W

kW.h kW h

J W s

E = P x t

tous les appareils branchés sur une prise "secteur" ( = prise EDF )

ont la même tension efficace : 230V (en moyenne).

p 4

cours de M. Fillodeau

e g c d

b f

IV MATHEMATIQUES SOUVENT UTILES

1) "TRANSFORMATION" DE FORMULE

Les membres d'une égalité avec un quotient de chaque côté du égal peuvent être déplacés :

-- ceux qui sont au numérateur d'un côté du égal passent au dénominateur de l'autre côté, et inversement

-- un membre déplacé est multiplié avec ceux de son nouvel emplacement

-- quand un membre est déplacé il laisse le chiffre 1 à sa place.

exemples : si alors a = ? ; e = ? ; d = ? ; f = ?

donc a = e =

donc = d f =

important : . en physique, on écrit toujours une formule avant tout calcul ..

Pour l'exemple précédent, si on cherche a à partir de la formule de départ,

il faut commencer par écrire a = et seulement après, on fait le calcul.

2) PUISSANCES DE 10

Certaines puissances de 10 sont très utilisées en physique

autres exemples : 12,5 mm = 12,5 x 10-3

m ; 0,058 µm = 0,058 x 10-6

m ; 3000 Gm = 3000 x 109m

L'écriture scientifique consiste à écrire un nombre sous la forme a x 10n

où a n'a qu'un seul chiffre avant la virgule et différent de zéro, et où n est un entier relatif.

Pour les exemples précédents : 1,25 x 10-2

m ; 5,8 x 10-8

m ; 3 x 1012

m.

3) UTILISATION DE LA CALCULATRICE

exemple

e x g x c x d

b x f

a x b x f

c x e x g

a x b x f

c x d x g

e x g x c x d

a x b a x b e x g

c x d f

a x b e x g

c x d f

a x b e x g

c x d f

1 Gm = 1 gigamètre = 1 000 000 000 m = 109 m

1 Mm = 1 mégamètre = 1 000 000 m = 106 m

1 km = 1 kilomètre = 1000 m = 103 m

1 mm = 1 millimètre = 0,001 m = 10-3

m

1 µm = 1 micromètre = 0,00 0001m = 10-6

m

1 nm = 1 nanomètre = 0,00 000 000 1m = 10-9

m

p 5

Elles permettent notamment de faire des conversions rapides

2 mm = 0,002m = 2 x 0,001m = 2 x 10-3

m

il suffit de remplacer mm par x 10-3

m

cours de M. Fillodeau

pour calculer

à la calculette, il faut taper :

( 2 54 - 9 53 ) ÷ ( 3 18 + 8 19 )

attention : si vous n'avez pas de touche spéciale pour les quotients, les parenthèses sont obligatoires.

résultat : 2,89…x1071

( entraînez-vous ! )

x10x (-) (-) x10

x x10

x x10

x

Une touche pratique pour les puissances de 10 : sur casio , sur texas intrument.

Attention, le "moins" dans les puissances ne se fait qu'avec la touche sur certaines calculatrices.

x10x x10

n

(-)

chapitre 2 ATOMES , MOLÉCULES ET IONS cours de M. Fillodeau

-- Toute substance est formée à partir d'atomes.

-- Très petits, ils sont assimilés à des sphères ( = boules ) de faible diamètre :

entre 0,1 et 0,6 nanomètre , donc entre 0,1 et 0,6 milliardièmes de mètre

( soit entre 0,1 et 0,6 x10-9

m ). neutron

I STRUCTURE DES ATOMES

1) COMPOSITION proton

Un atome est constitué d'un noyau autour duquel se déplacent des électrons.

Le noyau est lui-même constitué de deux sortes de particules :

les protons et les neutrons qu'on appelle aussi nucléons (nucleus = noyau en latin).

Les nucléons sont très fortement liés entre eux.

On ne sait pas vraiment comment se déplacent les électrons.

On imagine souvent que les électrons "tournent" très

rapidement à des distances différentes du noyau et sur

des plans différents ( schéma 1 ).

Les théories actuelles définissent plutôt des zones dans

lesquelles on a plus ou moins de chance de les trouver

Les électrons qui bougent le plus loin donnent

la forme sphérique visible de l'atome.

2) CHARGE

3) LES DIFFERENTS ATOMES

Il existe une centaine d'atomes auxquels on a donné des noms ( carbone, hydrogène, oxygène, azote, chlore,

cuivre… ) et des symboles ( C , H , O , N , Cl , Cu … s'il y a une deuxième lettre, elle est toujours en minuscule ).

Ce qui les différencie, c'est simplement le nombre de particules qui les constituent (celles du noyau et les électrons).

exemples : les atomes qui contiennent 17 protons ( et 17 électrons ) sont des atomes de chlore,

ceux qui en ont 6 ( avec 6 électrons ) sont des atomes de carbone.

4) MASSE

La masse d'un atome est très petite. Celle de l'atome de carbone par exemple est de 2 x10-23

g.

Les nucléons sont environ 2000 fois plus lourds que les électrons :

quasiment toute la masse d'un atome est concentrée dans son noyau.

Une particule est dite « chargée » si elle bouge quand on la met entre deux

plaques reliées à un générateur :

-- sa charge est négative si elle se dirige vers la plaque positive

-- sa charge est positive si elle se dirige vers la plaque négative.

Si elle ne bouge pas, la particule est "neutre".

L'expérience faite avec un électron seul, un proton seul et un neutron seul montre que :

-- les électrons sont des particules chargées négativement.

-- les protons sont chargés positivement.

-- les neutrons sont neutres.

Si on place un atome (complet) entre les plaques, il ne bouge pas donc un atome est neutre .

Par conséquent, il est autant attiré par chaque plaque et possède donc autant de charges positives que négatives :

Un atome contient autant d’électrons que de protons .. Il n'y a pas de "règle" pour le nombre de neutrons.

exemple : un atome d'azote sur le schéma 1 qui possède 7 protons et 7 électrons.

Attention, les schémas 1 et 2 ne sont pas à l’échelle car

le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome ( l’atome étant l’ensemble noyau + électrons ).

Les électrons bougent donc à grande distance du noyau, et

un atome est essentiellement constitué de vide !

schéma 1 électron

schéma 2

-- le noyau est en bleu

-- probabilité de présence

des électrons

décroissante :

p 6

générateur

+ -

Rq : on n'écrit pas Cl 1- pour l'exemple 1

car les chiffres 1 ne s'écrivent pas

dans les formules.

II MOLECULES ET IONS

1) MOLÉCULES ( rappels de quatrième )

Une molécule est un groupe d’atomes liés entre eux. .

Ils se lient en se partageant des électrons parmi ceux qui bougent le plus loin des noyaux : programme lycée.

On donne a chacune une formule indiquant le type et le nombre d'atomes qui la constituent.

exemples :

-- H2O molécule qui contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.

-- CO2 molécule qui contient un atome de carbone et deux atomes d'oxygène.

-- HNO3 molécule qui contient un atome d'hydrogène, un atome d'azote ( ancien nom : "nitrium" , d'où le N )

et trois atomes d'oxygène.

Les molécules sont neutres ( puisque les atomes le sont ).

En classe, pour les différencier facilement, on représente les atomes de carbone par des boules noires, les atomes

d'oxygène par des boules rouges, ceux d' par des boules et ceux d'azote par des boules bleues.

2) IONS

a) ions monoatomiques

Un ion monoatomique est un atome qui a "perdu" ou "gagné" un ou plusieurs électrons. .

Cela peut avoir lieu sous l'action d'autres atomes ou molécules pendant des réactions chimiques par exemple.

Les électrons concernés sont toujours des électrons qui se déplacent loin du noyau.

Un atome ne perd jamais de protons ou de neutrons qui sont très fortement liés ensemble ( sauf lors de

réactions nucléaires programme lycée ). Il n'en gagne jamais non plus.

exemple 1 : l'ion chlorure est un atome de chlore ( 17 protons , 17 électrons ) qui a gagné 1 électron,

il a donc 17 protons positifs et 18 électrons négatifs.

globalement, l'ion chlorure est chargé négativement (il serait attiré par la plaque positive du générateur page 6)

puisqu'il a une charge négative de plus par rapport au nombre de charges positives.

exemple 2 : l'ion cuivre II est un atome de cuivre ( 29 protons , 29 électrons ) qui a perdu 2 électrons,

il a donc 29 protons positifs et 27 électrons négatifs.

globalement, l'ion cuivre II est chargé positivement (il serait attiré par la plaque négative du générateur page 6)

puisqu'il a deux charges positives de plus par rapport au nombre de charges négatives.

Les ions ne sont pas neutres, ils sont chargés électriquement. . .

formules : on écrit le symbole de l'atome correspondant avec, en "exposant", le nombre et le signe

des charges qu'il y a de plus par rapport aux charges de l'autre signe.

pour l'exemple 1 : Cl pour l'exemple 2 : Cu

2+

Ce qui est écrit en "exposant" ( et 2+

pour les exemples 1 et 2 ) s'appelle la "charge de l'ion".

Au final, c'est cette charge qui compte, pour savoir par exemple où se dirige l'ion avec le générateur et ses plaques p6.

b) ions polyatomiques

Un ion polyatomique est un groupe d'atomes liés entre eux, l'ensemble ayant perdu ou gagné des électrons. .

exemples SO42-

: groupe formé d'un atome de soufre et de 4 atomes d'oxygène,

l'ensemble ayant gagné deux électrons.

N2H5+ : groupe formé de deux atomes d'azote et de 5 atomes d'hydrogène,

l'ensemble ayant perdu un électron.

p 7

cours de M. Fillodeau

III LES PRINCIPALES STRUCTURES MICROSCOPIQUES DE LA MATIERE

D'un point de vue microscopique, il existe principalement trois sortes de matières : celles qui sont constituées de molécules,

celles qui sont constituées de simples atomes ( comme les métaux ), et les composés ioniques ( constitués d'ions ).

1) Structure moléculaire

Il s'agit de substances qui sont uniquement constituées de molécules (toutes identiques dans le cas d'un corps pur).

C'est le cas de l'eau par exemple : ou du dioxyde de carbone :

Rq : à l'état solide, ces molécules sont collées les unes aux autres,

à l'état liquide, elles se touchent mais peuvent glisser les unes contre les autres,

à l'état gazeux, elles sont éloignées les unes des autres et bougent en permanence dans toutes les directions.

Autres exemples : l'alcool ( qui est liquide à température et pression ambiante ), le sucre ( solide ), le dioxygène ( gaz ) etc.

la seule différence entre ces corps purs étant le type de molécule qui les constitue.

Les molécules étant neutres, les substances à structure moléculaire sont neutres

2) Structure atomique

Il s'agit de substances solides uniquement constituées d'atomes, en quantité énorme et empilés les uns à

côté des autres de manière très ordonnée.

Rq : ils sont liés entre eux, mais pas à la manière des molécules hors programme.

C'est le cas de tous les métaux, du graphite, du diamant …

Exemple du cuivre : grossissement :

un atome de cuivre

La quantité d'atomes dépend uniquement de la taille/masse de l'échantillon, par exemple :

1g de cuivre contient 9,4 x1021

atomes de cuivre ( 9400 milliards de milliards ! ), 2g de cuivre en contient 18,8 x1021

etc.

Rq : la façon dont les atomes sont empilés n'est pas forcément la même d'une matière à une autre.

Les substances à structure atomique sont neutres ( puisque les atomes le sont ).

3) Les composés ioniques

Il s'agit de substances solides constituées d'ions positifs et négatifs, empilés les uns à côté des autres.

ils sont aussi en très grand nombre et liés de manière très ordonnée.

Exemple : le sel, formé d'ions sodium Na+ et chlorure Cl-

Un grain de sel placé entre les plaques du générateur page 6 ne bouge pas :

les composés ioniques sont tous neutres, ils ont donc autant de charges positives que

de charges négatives.

Exemples : -- dans le sel, il y a autant d'ions Na+ que d'ions Cl-

-- le sulfate de sodium est un composé ionique formé d'ions Na+ et SO42- et

étant neutre, il contient deux fois plus d'ions Na+ que d'ions SO42-.

La formule d'une substance à structure atomique ne contenant qu'une seule sorte d'atome ( comme le cuivre, le fer,

le zinc, l'aluminium etc. ) est tout simplement le symbole de cet atome, donc Cu pour l'exemple précédent.

Important : généralement, les composés ioniques se dissolvent facilement dans l'eau : l'eau sépare tous les ions qui les

constituent, et les disperse ( quand on mélange ). On obtient alors une solution, contenant les ions du composé.

Exemple : quand on mélange du sel et de l'eau, les ions Na+ et Cl- se séparent et sont éparpillés dans tout le liquide. p 8

cours de M. Fillodeau

réactifs nucléaires

(uranium + neutron)

eau

thermiqueénergie

énergie nucléaireet rayonnementproduits issusde la fission

énergie

mécanique

réacteur

alternateur

énergie

nucléaire

énergie

électriqueréseau EDF

énergiethermique extérieur

milieu

IV CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS

Un élément chimique est représenté par tous les atomes et ions (monoatomiques) ayant le même nombre de protons.

Ce nombre de protons est appelé "numéro atomique" ( ou "nombre de charge" ) et on le note Z.

Exemples : -- l'élément carbone (6 protons) se trouve à 98,9% sous forme atomique "carbone 12" (6 protons, 6 neutrons),

le reste étant sous forme atomique "carbone 13" (6 protons et 7 neutrons) et "carbone 14" (6 protons et 8 neutrons).

-- l'élément chlore (17 protons) se trouve principalement sous forme atomique à 18 neutrons (17 protons et 17 électrons)

et sous forme d'ion chlorure (17 protons, 18 électrons, 18 neutrons).

La classification périodique des éléments (CPE) regroupe les éléments sous leur forme atomique la plus fréquente

donc "carbone 12" pour l'élément carbone, et l'atome de chlore avec ses 35 nucléons (17 + 18) pour l'élément chlore.

Elle précise aussi . le nombre total de nucléons, appelé "nombre de masse" et noté A , contenus dans ces atomes.

A = 6 + 6 = 12 pour le "carbone 12" ; A = 6 + 8 = 14 pour le "carbone 14".

Rq : les éléments sont "classés" d'une manière particulière qui sera expliquée au lycée (la notion de "masse molaire" aussi).

V ATOMES ET ÉLECTRICITÉ

Dans un métal, les électrons les plus éloignés de leur noyau (appelés "électrons libres") passent régulièrement d'un atome à l'autre

(sur n'importe quel atome voisin) : ces mouvements sont aléatoires et c'est ce qui lie les atomes entre eux dans un métal.

Mais sous l'influence d'un générateur, les électrons libres, chargés négativement, sont attirés par le pôle positif et ils se déplacent cette

fois en très grand nombre et tous dans la même direction : c'est ce déplacement d'ensemble d'électrons libres, du pôle négatif vers le pôle

positif du générateur, qui constitue le courant électrique dans les métaux.

VI ENERGIE NUCLEAIRE ( rappel : nucleus = noyau )

Dans les réacteurs d'une centrale nucléaire, on "casse" des atomes d'uranium en envoyant des neutrons percuter leur noyau.

Les "réactions nucléaires" chauffent énormément : l'énergie thermique ainsi libérée par 1g d'uranium est équivalente à celle obtenue

en brûlant une tonne de charbon ! On utilise cette énergie thermique pour chauffer de l'eau qui se vaporise et est envoyée sous pression

sur des turbines (sortes de roues) reliées aux parties mobiles d'alternateurs (voir p.3) qui produisent alors du courant électrique.

Le danger vient des rayonnements nocifs aussi émis lors de ces "fissions nucléaires" et des atomes "instables" qui en résultent car trop

riches en protons ou en neutrons (comme le césium 137 et l'iode 131) et qui ont des conséquences néfastes sur notre corps si on y est

exposés ou si on les ingère (à cause des rayonnements nocifs qu'ils émettent aussi quand ils se "débarrassent" des nucléons en trop).

La chaîne énergétique est la suivante :

Rq : -- l'eau et l'alternateur chauffent aussi leur milieu extérieur (tuyaux, air…)

-- on retiendra surtout les parties rouges et grisées.

cours de M. Fillodeau

p 9

1

1 H

4

2 He

hydrogène

1,0

hélium

4,0

7

3 Li

9

4 Be

11

5 B

12

6 C

14

7 N

16

8 O

19

9 F

20

10 Ne

lithium

6,9

Béryllium

9,0

bore

10,8

carbone

12,0

azote

14,0

oxygène

16,0

fluor

19,0

néon

20,2

23

11 Na

24

12 Mg

27

13 Al

28

14 Si

31

15 P

32

16 S

35

17 Cl

40

18 Ar

sodium

23,0

magnésium

24,3

aluminium

27,0

silicium

28,1

phosphore

31,0

soufre

32,1

chlore

35,5

argon

39,9

39

19 K

40

20 Ca

45

21 Sc

48

22 Ti

51

23 V

52

24 Cr

55

25 Mn

56

26 Fe

59

27 Co

58

28 Ni

63

29 Cu

64

30 Zn

69

31 Ga

74

32 Ge

75

33 As

80

34 Se

79

35 Br

84

36 Kr

potassium

39,1

calcium

40,1

scandium

45,0

titane

47,9

vanadium

50,9

chrome

52,0

manganèse

54,9

fer

55,8

cobalt

58,9

nickel

58,7

cuivre

63,5

zinc

65,4

gallium

69,7

germanium

72,6

arsenic

74,9

sélénium

79,0

brome

79,9

krypton

83,8

85

37 Rb

88

38 Sr

89

39 Y

90

40 Zr

93

41 Nb

98

42 Mo

98

43 Tc

102

44 Ru

103

45 Rh

106

46 Pd

107

47 Ag

114

48 Cd

115

49 In

120

50 Sn

121

51 Sb

130

52 Te

127

53 I

129

54 Xe

rubidium

85,5

strontium

87,6

yttrium

88,9

zirconium

91,2

niobium

92,9

molybdène

95,9

technétium

98,9

ruthénium

101,1

rhodium

102,9

palladium

106,4

argent

107,9

cadnium

112,4

indium

114,8

étain

118,7

antimoine

121,7

tellure

127,6

iode

126,9

xénon

131,3

133

55 Cs

138

56 Ba

180

72 Hf

181

73 Ta

184

74 W

187

75 Re

192

76 Os

193

77 Ir

195

78 Pt

197

79 Au

202

80 Hg

205

81 Tl

208

82 Pb

209

83 Bi

210

84 Po

210

85 At

222

86 Rn

césium

132,9

baryum

137,3

hafnium

178,5

tantale

180,9

tungstène

183,9

rhénium

186,2

osmium

190,2

iridium

192,2

platine

195,1

or

197,0

mercure

200,6

thallium

204,4

plomb

207,2

bismuth

209,0

polonium

~209

astate

~210

radon

~222

223

87 Fr

226

88 Ra

261

104 Ku

262

105 Ha

106 Sg

107 Ns

108 Hs

109 Mt

110 X

111 X

112 X

114 X

116 X

118 X

francium

~223

radium

226,0

kurtchatovium

~261

hahnium

~262

scaborgium

nielsbohrium

hassium

meitnerium

139

57 La

140

58 Ce

141

59 Pr

142

60 Nd

146

61 Pm

152

62 Sm

153

63 Eu

158

64 Gd

159

65 Tb

164

66 Dy

165

67 Ho

166

68 Er

169

69 Tm

174

70 Yb

175

71 Lu

lanthane

138,9

cérium

140,1

praséodyme

140,9

néodyme

144,2

prométhium

~145

samarium

150,4

europium

152,0

gadolinium

157,2

terbium

158,9

dysprosium

162,5

holmium

164,9

erbium

167,3

thulium

168,9

ytterbium

173,0

lutétium

175,0

227

89 Ac

232

90 Th

231

91 Pa

238

92 U

237

93 Np

244

94 Pu

243

95 Am

247

96 Cm

247

97 Bk

251

98 Cf

254

99 Es

257

100 Fm

258

101 Md

259

102 No

260

103 Lr

actinium

~227

thorium

232,0

protactinium

231,0

uranium

238,0

neptunium

~237

plutonium

~244

américium

~243

curium

~247

berkélium

~247

californium

~251

einsteinium

~254

fermium

~257

mendelévium

~258

nobélium

~259

lawrencium

~260

Lanthanides

Actinides

masse molaire atomique

de l'élément ( g/mol )

numéro atomique

(ou nombre de charge)

nombre de masse

de l'atome le plus abondant symbole de l'élément

X A

nom Z

M

TP n°2 du chapitre 3 : REACTION DE L'ACIDE CHLORHYDRIQUE AVEC LE ZINC

I EXPERIENCE : dans un tube à essais contenant du zinc (en poudre), versez de l'acide chlorhydrique ( sur 2cm à peu près ).

un gaz se dégage : la réaction chimique commence ( puisque "quelque chose" apparaît ).

Pour identifier ce gaz, il faut le recueillir :

1 - Ajoutez de l'eau jusqu'à 2 cm de l'ouverture du tube, puis fixez le bouchon muni

de son tuyau de dégagement.

2 - Plongez l'extrémité du tuyau dans un verre d'eau et

la laisser dans l'eau pendant 5 minutes ( sans plus jamais la sortir )

cette manipulation permet de "purger" l'air du montage dont on doit se débarrasser car les 1ères

bulles qui apparaissent ne sont pas seulement constituées du gaz qui se forme, elles sont aussi formées

de l'air initialement présent dans le tube et le tuyau ( c'est pour limiter le temps d'attente qu'on a rajouté de l'eau dans le tube ).

3 - Remplir le petit tube à essais d'eau et le retourner, plein d'eau, dans le verre d'eau.

Insérer l'extrémité du tuyau dans le tube et attendre qu'il se remplisse de gaz

II IDENTIFICATION DES PRODUITS FORMES

1) IDENTIFICATION DU GAZ QUI SE FORME

Faire les tests 2, 3 et 4 p 11 ( finir par le 4 ), seuls tests d'identification de gaz que l'on connaît en 3ème.

conclusion : le gaz qui s'est formé est ………………….………………………… . car seul le test n° …… est positif.

2) DES IONS SE SONT-ILS FORMES ?

Dans un troisième tube à essais, prélever un peu de liquide ( sur 2 cm environ ) du tube qui contient la solution acide et le zinc,

et y rajouter un peu de soude.

conclusion : des ions ………… se sont formés lors de la réaction entre …………………………. et ……………………….

car …………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

III EQUATION-BILAN DE LA REACTION ENTRE L'ACIDE CHLORHYDRIQUE ET LE ZINC

Ecrire d'abord le bilan de cette réaction : ……………………………………………………………………..…………………………

Puis son équation-bilan (équilibrée) : …………………………………………………………………

TP chapitre 2 : MIGRATION DES IONS

Le sulfate de cuivre est un composé ionique formé d' ions Cu2+ ( ions cuivre II ) et d'ions SO4

2- ( ions sulfate ).

C'est une poudre de grains bleus : cette couleur est due aux ions Cu2+ qui sont bleus ( les ions sulfate sont incolores ).

Comme le sel, cette poudre se dissout dans l'eau, et les ions Cu2+ , dispersés dans tout le liquide, lui donnent une couleur bleue.

Le permanganate de potassium est un composé ionique formé d'ions K+ ( ions potassium ) et d' ions MnO4- ( ions permanganate ).

C'est une poudre violette : cette couleur est due aux ions MnO4- qui sont violets ( les ions potassium sont incolores ).

Quand on la dissout dans l'eau, les ions MnO4- sont dispersés dans tout le liquide et lui donnent une couleur violette.

L'eau salée est conductrice de l'électricité (bien plus que l'eau seule) :

imbibez un morceau de papier filtre d'eau salée pour rendre ce dernier conducteur

et posez-le sur une plaque de plexiglass.

Rq : les ions Na+ et Cl- du sel sont incolores.

Fixez deux lames de zinc sur les côtés à l'aide de pinces crocodile

Demandez à M. Fillodeau de :

-- déposer quelques grains de permanganate de potassium sur le papier :

une partie se dissout dans l'eau salée qui imbibe le papier, des ions MnO4-

se "décrochent" alors et forment une tache violette autour des grains.

-- déposer quelques grains de sulfate de cuivre sur le papier :

une partie se dissout, des ions Cu2+ se "décrochent" alors et

forment une tache bleue (peu visible) autour des grains.

Réalisez le montage suivant

Utilisez le calibre 200mA et les bornes COM + mA sur l'ampèremètre.

Regardez l'affichage de l'ampèremètre pour vérifier qu'un courant passe.

Au bout de quelques minutes, les taches bleue et violette se sont déplacées

(appelez M. Fillodeau pour vérifier) :

1) les dessiner, dans leur nouvelle position, sur le schéma précédent ( celui avec le générateur 12V et l'ampèremètre ).

2) pouvez-vous expliquer ce phénomène ? ( sur votre feuille )

grains ( K ; MnO )

grains ( Cu ; SO )

pincecroco

zinc

papierimbibé

plexiglass+

+ -2 2

-4

4

12V

ACOM

cours de M. Fillodeau

p 10

chapitre 3 TESTS DE RECONNAISSANCE -- ACIDITÉ cours de M. Fillodeau

I QUELQUES TESTS DE RECONNAISSANCE

Quand on cherche à savoir quels produits se forment lors d'une réaction chimique, il faut faire des tests d'identification.

La vidéo passée en classe et montrant ces tests est disponible sur http://prof.fillodeau.free.fr/videos_3eme.htm

substance testée manipulation observation

LIQ

UID

E

1 eau déposer une goutte du liquide à

tester sur de la poudre blanche

de sulfate de cuivre anhydre

la poudre devient bleue si le

liquide contient de l'eau

GA

Z

2 dihydrogène

H2

le dihydrogène se reconnaît au

sifflement spécifique émis

lorsqu'il brûle

3 dioxygène

O2

le dioxygène a pour propriété

de raviver les braises d'une

allumette que l'on vient d'éteindre

4 dioxyde de carbone

CO2

verser de l'eau de chaux dans

le récipient contenant ce gaz

l'eau de chaux "se trouble"

( un précipité blanc s'y forme )

ION

S

5 ion chlorure Cl

-

( incolore dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de nitrate d'argent

un précipité blanc se forme

s'il ya des ions chlorure

6

ion cuivre II : Cu2+

( bleu dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de soude

un précipité bleu se forme

s'il ya des ions Cu2+

7

ion aluminium Al3+

( incolore dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de soude

un précipité blanc se forme qui

disparaît si on verse trop de soude

8

ion zinc Zn2+

( incolore dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de soude

un précipité blanc se forme qui ne

disparaît pas dans un excès de soude

9

ion fer II : Fe2+

( jaune dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de soude

un précipité vert se forme

s'il ya des ions fer II

10

ion fer III : Fe3+

( jaune dans l'eau )

ajouter quelques gouttes d'une

solution de soude

un précipité "rouille" se forme

s'il ya des ions fer III

Rq : un précipité est le produit d'une réaction entre des substances présentes dans des solutions que l'on mélange ;

c'est une poudre, donc un solide, qui se dépose au fond après quelques instants.

H2

H i i i i !!!!

O2

solut ion de

nit r at e d'ar gent

solut ion cont enant

des ions chlor ur e

p 11

pH = 0 pH = 14pH = 7

solut ions .. .. . .. .. ..

solut i ons ... . .. .. . ..solut i ons ... .. . .. .. .

( beaucoup d'ions ... .. . . ) ( beaucoup d'ions .. . .. .. )

.. .. .. .. .. .. .. c ro issa n t e. ... .. .. .. .. .. c r oiss an t e

solutions acides solutions basiques

solutions neutres

( beaucoup d'ions H ) ( beaucoup d'ions HO ) + -

pH = 7 pH = 14pH = 0

II SOLUTIONS ACIDES ET BASIQUES

1) DISSOLUTION (rappels) -- solvant = liquide dans lequel on dissout quelque chose.

-- soluté = substance que l'on dissout.

-- solution = liquide obtenu ( solvant + soluté ).

-- le solvant sépare et disperse les molécules, atomes ou ions du soluté.

-- quand le solvant est de l'eau, on parle de "solution aqueuse".

2) SOLUTIONS (AQUEUSES) ACIDES

Dans la vie courante, dire d’une solution qu’elle est "acide" est lié à son goût. En chimie, ça n'a rien à voir :

cela signifie que . la solution contient une quantité importante d'ions H+ , les ions "hydrogène". .

Ce sont ces ions qui peuvent provoquer des réactions chimiques "violentes" avec certaines substances.

exemple : l'acide chlorhydrique, solution aqueuse qui contient des ions hydrogène H+ et des ions chlorure Cl

- .

3) SOLUTIONS (AQUEUSES) BASIQUES

Une solution est "basique" si elle contient une quantité importante d'ions HO , les ions "hydroxyde".

exemple : la soude, solution aqueuse qui contient des ions hydroxyde HO- et des ions sodium Na

+.

4) IMPORTANCE ET DANGEROSITÉ

Les ions H+ et HO

- sont importants car ils interviennent dans un grand nombre de réactions chimiques

et ils sont présents dans toute solution aqueuse, y compris l'eau "pure" même s'ils y sont en faible quantité.

(l'eau n'est donc ni acide ni basique, et jamais "pure" non plus).

Dans tous les cas, on a observé que :

-- quand il y a beaucoup d'ions H+ , il y a très peu d'ions HO

-

-- quand il y a beaucoup d'ions HO- , il y a très peu d'ions H

+

-- quand il y en a autant, il y en a peu des deux : c'est le cas de l'eau.

Les ions H+ et HO

- sont aussi dangereux car ils réagissent entre autres avec la peau, les yeux, et

les muqueuses ( membranes qui tapissent certaines cavités du corps comme le nez, la bouche etc. ).

Et par définition, si ces derniers réagissent, ils disparaissent… ( pour former d'autres substances, liquides ).

Il ne faut jamais mélanger des solutions acides et basiques concentrées car la majeure partie de leurs ions

réagiront de la manière suivante : H+ + HO

- H2O.

Le danger ne vient pas de l'eau formée mais du fait que cette réaction chauffe énormément, à tel point que le

liquide bouillonne instantanément et qu'il y a des risques de projections acides ou basiques.

5) pH

L'acidité et la basicité d'une solution aqueuse sont données

par son pH dont la valeur est comprise entre 0 et 14.

Rq : quand la solution est neutre, c'est qu'elle contient

autant d'ions H+ que d'ions HO

- et en faible quantité.

Plus le pH est faible, plus la solution est acide ( = plus elle contient d'ions H+ et moins elle contient d'ions HO

- ).

Plus le pH est élevé, plus la solution est basique ( = plus elle contient d'ions HO- et moins elle contient d'ions H

+ ).

Le pH se mesure avec du papier-pH ou un pH-mètre ( appareil électronique avec une sonde ).

Une solution dont le pH est inférieur à 7 est acide,

elle est basique si son pH est supérieur à 7,

et "neutre" s'il est égal à 7.

c'est "complémentaire"

(explication au lycée)

p 12

cours de M. Fillodeau

III REACTION DES SOLUTIONS ACIDES ET BASIQUES AVEC CERTAINES SUBSTANCES

1) EXEMPLE : REACTION ENTRE L'ACIDE CHLORHYDRIQUE ET LE FER

a) Expérience

Dans un tube à essais, on verse de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de fer :

-- des bulles (donc un gaz) se dégagent, apparaissent.

-- au bout d'un certain temps, il n'y a plus de fer et le liquide devient jaune.

il y a eu une réaction chimique, où le fer et l'acide sont les réactifs.

et où le gaz et ce qui donne la couleur jaune sont les produits.

b) Identification des produits formés

Pour identifier le gaz qui se forme, on en recueille dans un autre tube à essais en utilisant la méthode par

déplacement d'eau que vous verrez en TP.

Puis on effectue les tests page 11 : seul le test du dihydrogène est positif.

Lorsque la réaction est terminée (quand on ne voit plus de bulles), on effectue les tests des ions (page 11)

sur la solution d'acide chlorhydrique pour voir si de nouveaux ions sont apparus :

-- on ne fait pas le test des ions Cl – car on sait qu'il y en a, vu qu'on a utilisé de l’acide chlorhydrique.

-- on se doute que la couleur jaune doit être due à des ions Fe2+

ou à des ions Fe3+

le test à la soude donne un précipité vert : des ions Fe2+

se sont formés.

c) Bilan et équation-bilan

Les réactifs sont le fer Fe et les ions hydrogène H+ .

Rq : avec une solution acide ne contenant pas d'ions chlorure (acide sulfurique, nitrique etc.),

la même réaction aurait eu lieu donc les ions Cl - n'interviennent pas dans cette réaction.

Les produits sont le dihydrogène H2 et les ions fer II ( Fe2+

)

Le bilan de la réaction est donc : fer + ions hydrogène dihydrogène + ions fer II

Et l'équation-bilan est : Fe + 2 H+ H2 + Fe

2+

2) COMMENT EQUILIBRER UNE EQUATION-BILAN AVEC DES IONS ?

Une règle s'ajoute les charges doivent aussi être équilibrées, par conséquent :

il doit y avoir le même total de charge à gauche et à droite de la flèche.

exemple 1 :

exemple 2 : H+ + HO- H2O qui est équilibrée, sachant qu'une charge positive "annule" une charge négative.

3) AUTRES EXEMPLES

Les ions H+ et HO

– réagissent avec de nombreuses substances.

Beaucoup de ces réactions sont nécessaires à la vie (digestion par les sucs gastriques acides, besoin d'une terre

légèrement acide ou légèrement basique en fonction du type de culture, etc.), beaucoup sont utilisées dans l'industrie,

mais d'autres aussi sont néfastes (comme les pluies acides engendrées par la pollution, qui détériorent les

monuments en pierre, acidifient les lacs détruisant ainsi certaines espèces, etc.).

On comprend l'importance des contrôles effectués par mesure de pH dans certains cas.

Cependant, ils ne réagissent pas avec tout, comme le verre et certains plastiques ( utilisés pour les conserver ).

Ils ne réagissent pas non plus avec tous les métaux.

Cette année, on n'étudiera pas de réactions avec des solutions basiques, plus compliquées notamment pour trouver

leurs équations-bilan (qui font aussi intervenir de l'eau) comme 2 Al + 2 HO - + 6 H2O 2 ( Al H4 O4 )

- + 3 H2 p 13

cours de M. Fillodeau

poudre de fer

acide chlorhydrique

gaz qui se forme

pour équilibrer Na + H+ Na+ + H2 .

étape 1 : Na + 2 H+ Na+ + H2

afin d'équilibrer l'hydrogène H

étape 2 : Na + 2 H+ 2 Na+ + H2

afin d'équilibrer les charges :

2 charges positives de chaque côté

étape 3 : 2 Na + 2 H+ 2 Na+ + H2

afin d'équilibrer le sodium Na

EXERCICES CHAPITRE 3 cours de M. Fillodeau

Exercice 1

1) a) Romuald trouve un flacon de 2 L sans étiquette, rempli d'un liquide.

Il veut savoir si ce liquide contient des ions fer Fe2+ .

Expliquer comment il doit procéder ( sachant qu'il ne doit pas "polluer" le liquide car il veut le conserver ).

b) Que doit il faire pour savoir si le liquide contient des ions hydroxyde HO - ( en grande quantité ) ?

2) Dans un tube à essais contenant une solution inconnue, on verse un peu de soude : il se forme un précipité bleu.

Dans un autre tube, c'est du nitrate d'argent que l'on verse : il ne se passe rien.

Quels renseignements tire-t-on de ces deux expériences ?

Exercice 2

1) En chimie, qu'est-ce qu'une solution ? une solution aqueuse ? une solution acide ? une solution basique ?

2) Ecrire simplement les trous de ce texte sur votre feuille ( dans l'ordre ) :

Une solution dont le pH est égal à 4 est …… acide qu'une solution dont le pH est 5 et …… acide qu'une solution de pH 3.

Plus une solution est …… plus son pH est élevé. Une solution de pH 10 est …… basique et plus …… qu'une solution de pH 12

Les ions H+ s'appellent les ions …… , les ions HO - sont les ions …… et ils sont très importants en chimie car ils …… .

Si une solution contient beaucoup d'ions hydroxyde, elle contient forcément …… d'ions hydrogène, et inversement :

une solution dont le pH est 1 par exemple, très …… , contient …… d'ions hydrogène et …… d'ions hydroxyde.

Une solution dont le pH est 3 contient …… d'ions H+ et …… d'ions HO - qu'une solution dont le pH est 6.

Une solution dont le pH est proche de 7 contient …… d'ions hydrogène que d'ions hydroxyde, et en …… quantité :

cette solution n'est ni acide ni basique, on la dit …… .

3) a) Les solutions acides et basiques sont dangereuses : pourquoi ?

b) Quelle est l'équation-bilan de la réaction qui a lieu quand on mélange une solution acide avec une solution basique ?

Pourquoi cette réaction est-elle dangereuse quand les deux solutions sont concentrées ?

Exercice 3 recopier et équilibrer les équations-bilan suivantes ( c'est difficile, ne cherchez pas des heures… ) :

a) Ag + + I - Ag + I2 b) Au3+ + Cu Au + Cu2+ c) Br2 + Fe2+ Br - + Fe3+

Exercice 4

L'aluminium ( Al ) réagit avec les solutions acides en donnant du dihydrogène et des ions Al 3+ .

1) a) Quels sont les réactifs et les produits de cette réaction ( préciser leur formule ) ?

b) Ecrire le bilan puis l'équation-bilan de cette réaction.

c) Quand cette réaction s'arrêtera-t-elle ( deux possibilités ) ?

Dans les deux cas, une observation simple permet de savoir que la réaction est terminée : laquelle ?

d) Si on dispose de solutions d'acide chlorhydrique et d'acide sulfurique pour faire cette réaction, tous les deux étant aussi

concentrés l'un que l'autre ( même quantité d'ions hydrogène ) : lequel doit-on choisir ? Expliquer.

e) Que faut-il faire pour montrer que du dihydrogène et des ions Al 3+ se sont formés ( bien décrire les façons de procéder ) ?

2) Sachant que avec 1g d'ions H+ , on peut faire réagir 9g d'aluminium ,

dire dans les deux cas suivants s'il reste de l'aluminium après réaction ( à expliquer ), et en quelle quantité :

a) au départ, on mélange 10g d'ions H+ ( dispersés dans de l'eau ) et 80g d'aluminium.

b) au départ, on mélange 3g d'ions H+ et 35g d'aluminium.

p 14

Exercice 5

On ajoute de la soude dans un verre d'eau contenant 5 g d'ions Fe2+ : un précipité vert de formule FeO2H2 se forme selon la

réaction dont l'équation-bilan est : Fe2+ + 2 HO - FeO2H2

Au départ, la solution était jaune, comme toute solution contenant des ions Fe2+ ; après réaction : elle ne l'est plus.

Après réaction, on filtre pour récupérer le précipité vert, on le fait sécher et on le pèse : sa masse est de 8 g.

Quelle masse d'ions hydroxyde a réagi lors de cette réaction ? Expliquer.

chapitre 4 MOUVEMENT ET VITESSE cours de M. Fillodeau

I RÉFÉRENTIEL ET RELATIVITÉ DU MOUVEMENT

En physique : -- le "système" est l'objet dont on étudie le mouvement

-- le "référentiel" est l'objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement du système étudié.

Exemple :

Par rapport à A (référentiel 1), le système C se déplace : il est en mouvement (et sa vitesse n'est pas nulle).

Par rapport à B (référentiel 2), le système C n'est pas en mouvement : il est immobile (et sa vitesse est nulle).

On dit aussi que, dans le référentiel 2, C est au repos .

Bien souvent, le référentiel choisi est la Terre ou un objet immobile sur la Terre ( comme A ).

Et dans les exercices, si le référentiel n'est pas précisé, c'est qu'il s'agit de la Terre (c'est sous-entendu).

II EXEMPLES DE MOUVEMENTS

1) TYPES DE TRAJECTOIRES

Exemples :

dans l'exemple précédent, la trajectoire de C dans le référentiel 1 (le personnage A) est une droite.

deux personnages sont sur un manège :

-- D est assis sur le cheval de bois

-- E se dirige vers le centre du manège (le plus directement possible).

Un autre personnage, F , les observe sur la terre ferme.

Par rapport à F , la trajectoire de D est un cercle.

Par rapport à D , la trajectoire de E est une droite, son mouvement est donc rectiligne.

Par rapport à F , la trajectoire de E est une spirale.

La trajectoire de E dépend du référentiel choisi !

2) MOUVEMENTS UNIFORMES, ACCÉLÉRÉS ET RALENTIS

Exemples :

A

r éf ér ent iel 1 r éf ér ent iel 2 syst èm e

A est im m obile

par r appor t au sol

B C t r ain en m ouvem ent

Le mouvement et la vitesse d'un système dépendent du référentiel choisi.

on dit que le mouvement d'un système est "relatif" au référentiel choisi.

Il faut donc toujours préciser le référentiel choisi quand on étudie le mouvement d'un système.

La trajectoire d'un système est la ligne qu'il suit lors de son déplacement et elle dépend du référentiel choisi.

Quand la trajectoire du système (dans un référentiel donné) est une droite, son mouvement est dit rectiligne.

Par rapport à un référentiel donné, le mouvement d'un système est :

-- uniforme si, sur des durées égales, la distance qu'il parcourt est toujours la même (sa vitesse est constante).

-- accéléré si, sur des durées égales, la distance qu'il parcourt est de plus en plus grande (sa vitesse augmente).

-- ralenti si, sur des durées égales, la distance qu'il parcourt est de plus en plus petite (sa vitesse diminue).

p 15

F

ED

F

D E

Quand la trajectoire du système (dans un référentiel donné) est un cercle,

son mouvement est dit circulaire.

objet

G G

posi tion 1

pos i tion 5

posi t ion 4

posi t ion 3

posi tion 2

sens dumouvement

sens dumouvement

Exemples : pour tous les exemples qui suivent, le référentiel d'étude est la Terre.

cas 1 : sur un même schéma, on dessine la position d'un marcheur toutes les 0,5 secondes.

les distances a , b , c et d sont toutes les mêmes, le mouvement du marcheur est rectiligne et uniforme.

cas 2 : même expérience avec une bille qui roule sur un support arrondi ( 0,5 seconde sépare chacune des positions ).

cas 3 : même expérience avec une voiture qui monte une forte pente

( toujours 0,5 seconde entre chaque position )

le mouvement de la voiture est rectiligne et ralenti.

III VITESSE DU SYSTEME

On ne considèrera ici que des mouvements de systèmes par rapport au référentiel Terre.

1) VITESSE INSTANTANEE

C'est la vitesse indiquée sur le tableau de bord d'une voiture par exemple : il donne la vitesse de la voiture

à l'instant où on le regarde (vitesse du système voiture par rapport au référentiel Terre).

2) VITESSE MOYENNE

a) exemple

Un train a mis une heure pour relier deux villes séparées par 100 km.

sa vitesse moyenne a été de 100 km/h ( "100 kilomètres par heure" ).

c'est une valeur moyenne car parfois il a roulé plus vite, et parfois moins (surtout s'il y a eu des arrêts).

b) formule

3) VECTEUR VITESSE

Quand on étudie le mouvement d'un système, on ne considère souvent qu'un seul de ses points :

son centre d'inertie qui est celui qui a la trajectoire la plus simple.

Il s'agit du centre de la bille pour le cas 2 vu plus haut, le seul dont la trajectoire est un cercle car pour les autres

(comme un point à la surface de la bille), la trajectoire est plus complexe (essayez de l'imaginer…).

Dans les cas simples du collège et du lycée, le centre d'inertie

d'un objet est confondu avec son centre de gravité , on le note G,

et on le trouve en suspendant l'objet par un fil en divers endroits :

G est le point d'intersection de tous les prolongements du fil

(et c'est souvent le centre de l'objet s'il est symétrique).

Le centre de gravité est en fait le point choisi pour appliquer

la force liée à la gravitation sur un objet : voir chapitre suivant.

sens du

mouvement

cours de M. Fillodeau

v =

=

unités fréquentes : km/h et m/s

formule valable pour un calcul de vitesse moyenne

ou lorsque la vitesse du système est constante (mouvement uniforme).

a b dc

posit ion 1 p osit ion 5p osit ion 4p osit ion 3p osit ion 2

p 16

f i l plafond

posit ion 1

sens du

m ouvem ent

posit ion 3

posit ion 5

posit ion 4

posit ion 2

le mouvement de la bille est circulaire et accéléré ( entre les positions 1 et 5 ).

en posit ion 1

sens du

m ouvem ent

x

x

x

x

x

G

G

en posit ion 3G

G

en posit ion 2

G xG

x en posit ion 7G

Sur un schéma, une flèche qu'on appelle un "vecteur" et que l'on note v, représente toutes ces caractéristiques,

à condition de préciser une échelle pour les valeurs.

La direction est la DROITE qui "porte" le vecteur vitesse. .

Dans les cas simples, elle est verticale ou horizontale , sinon . elle est toujours tangente à la trajectoire. .

La tangente en un point d'une courbe est la droite que la courbe paraît être quand on "zoome" fortement sur ce point.

Le sens peut être vers la droite, la gauche, le haut ou le bas , sinon c'est toujours celui du mouvement.

exemple : trajectoire et positions du centre d'inertie G de la bille du cas 2 , avec l'échelle 1cm = 1m/s

chapitre 5 LES FORCES cours de M. Fillodeau

I MANIFESTATION D'UNE FORCE

On désigne par "force" toute cause capable de modifier la forme ou le mouvement de l'objet

sur lequel elle s'applique.

exemples : -- si j'appuie sur une bouteille en plastique, elle se déforme elle est "soumise" à une force

-- une boîte est immobile (au "repos"), je la pousse elle est "soumise" à une force

-- un objet en fer lancé près d'un aimant est dévié de sa trajectoire il est soumis à une force.

Rq : on utilise souvent aussi le mot "action" pour parler d'une force.

II CARACTERISTIQUES ET REPRESENTATION D'UNE FORCE

Sur un schéma, comme pour une vitesse, un vecteur force F représente toutes ces caractéristiques,

à condition de choisir une échelle pour l'intensité.

exemple :

(cas de la boîte que l'on pousse)

L'intensité de F se note F (sans la flèche) , et ici, F = 100 N. Le point d'application est C.

La direction est la droite qui "porte" le vecteur , elle est horizontale ici, et le sens est "vers la droite".

Attention : la direction d'une force ne sera pas toujours tangente à la trajectoire et son sens ne sera pas toujours celui du mouvement.

La vitesse instantanée du centre d'inertie d'un système est totalement définie par une "direction" (c'est

tout simplement une droite), un sens (l'orientation sur la droite) et une valeur (en m/s par exemple).

Une force est toujours exercée par un auteur A sur un objet B.

Elle est caractérisée par : -- sa direction ( c'est une droite )

-- son sens ( = orientation sur la droite )

-- son intensité (ou valeur), exprimée en Newton ( N )

-- un point d'application ( sur l'objet B soumis à cette force )

p 17

A

BF

direction

C

v5 direction n°5

v3

direction n°3

trajectoire

dire

ctio

n n°

7

v7

caractéristiques de v5 :

direction : droite horizontale

sens : vers la droite

valeur : 2m/s

caractéristiques des vecteurs v3 et v7 :

direction : droite tangente à la trajectoire

sens : celui du mouvement

valeur : 1m/s

échelle choisie : 1cm = 100 N

^

^

FG

A

BFA/B

G

P

sol

Si je pousse plus fort, l'intensité F de F est plus grande

par exemple, si F = 200 N :

Rq : on utilise souvent des notations du type FA/B ou FA B pour parler de la force exercée par A sur B.

L'intensité d'une force se mesure avec un dynamomètre (quand c'est possible) : voir TP et exercices.

pour se faire une idée , intensité de la force exercée par le doigt sur le poussoir d'un stylo : 1 N

intensité de la force exercée par un homme portant une charge de 50 kg : 500 N

intensité de la force exercée par un fusil sur une balle : 4000 N

III FORCES RÉPARTIES

La plupart des forces sont "réparties" : elles s'exercent en plusieurs points d'un objet.

exemples : (a) force exercée par le vent sur la voile d'un bateau

(b) force exercée par un marteau sur la "tête" d'un clou :

(c) tout objet est attiré vers le sol car sur chacun de ses

atomes s'exerce une force de pesanteur

Pour simplifier, on représente ces forces comme une force unique s'appliquant en un seul point (généralement

le centre d'inertie de l'objet, confondu dans la plupart des cas avec le centre de gravité G ) et dont l'intensité

est la somme des intensités de toutes les "petites" forces s'appliquant réellement sur l'objet.

(a) (b) (c)

Rq : pour le cas (b) , on choisit le centre de la surface de contact entre le marteau et le clou comme point

d'application.

IV CAS PARTICULIER : LE POIDS Dans le cas (c) , P est le poids de l'objet.

-- Si les deux objets sont de masse équivalente, ils bougent tous les deux. Mais si l'un est beaucoup plus léger que

l'autre, il est le seul à bouger : c'est le cas de tout objet commun à proximité d'une planète ou d'une étoile.

-- On ne peut pas observer cette attraction entre deux objets posés sur le sol car elle est très faible par rapport à

celle exercée par la Terre (excessivement plus lourde) sur chacun d'entre eux et qui les maintient au sol.

sol A

B

Attention en physique, la masse et le poids ne sont pas la même chose :

-- la masse d'un objet est la grandeur, souvent exprimée en kilogrammes, qu'on lit sur une balance

-- le poids d'un objet est une force, la force de pesanteur exercée par une planète sur cet objet.

cours de M. Fillodeau

p 18

F

On s'est rendu compte que les objets s'attirent du fait de leur masse, c'est un phénomène qu'on ne sait pas

expliquer et qui s'appelle la gravitation.

Et : plus la masse des objets est importante, plus ils s'attirent.

plus ils sont proches l'un de l'autre, plus ils s'attirent.

-- direction : droite horizontale

-- sens : vers la droite

-- point d'application : C

-- intensité (ou valeur) : FA/B = 200 N

FA/B : C

les caractéristiques de FA/B sont alors :

R

P

sol

G

O

x

x

plafond

x

x

AT

G

P

F

x

x

x

Fsol

Fair

RP

Rq : pour la clarté du schéma, on a décalé P et R mais ces vecteurs sont portés par la même droite.

La force poids d'un objet étant liée à la gravitation, son intensité dépend de la masse m de cet objet, de la

masse M de la planète qui l'attire et de leur éloignement d (d étant mesuré par rapport au centre de la planète).

C'est ce que montre la formule suivante (démonstration hors programme)

G étant la "constante universelle de la gravitation", dont la valeur est 6,67 x10-11

g s'appelle "intensité de la pesanteur" et dépend uniquement de la planète et de l'éloignement : g =

attention : . dans ces formules, les masses sont toujours en kg , P en N (Newton), d en mètres et g en N/kg .

exemple : à la surface de la Terre dont la masse est MT = 5,97 x10

24 kg et le rayon RT = 6,37 x10

6 m ( = 6370km),

g = = ≈ 9,8 N/kg

et l'intensité du poids d'un objet de masse m = 5 kg posé sur le sol est P = m x g = 5 x 9,8 = 49 N

Les caractéristiques d'un vecteur force P sont toujours :

V PRINCIPE D'INERTIE

Un "principe" est une loi de physique qu'on ne sait pas démontrer et qui est admise tant que rien ne prouve le contraire.

on dit aussi que cet objet est "en équilibre statique".

exemple 1 système étudié : une boule suspendue par un fil

La boule est soumise à deux forces : -- son poids P qui l'attire vers le sol

-- la "tension" T du fil qui la retient.

La boule étant immobile, d'après le principe d'inertie,

P et T se compensent parfaitement…

… et les caractéristiques de T sont forcément T :

exemple 2 système étudié : une boîte posée sur le sol

Au total, deux forces s'exercent sur le système boîte :

son poids P et la force R de "réaction" due au contact sur le sol.

S'il n'y avait que le poids, la boîte s'enfoncerait

continuellement dans le sol…

La boîte étant immobile, il y a bien une force

qui compense le poids et ses caractéristiques sont R :

exemple 3 système étudié : une boîte que l'on pousse à vitesse constante

La boîte est soumise à cinq forces : -- son poids P , la réaction R du sol

-- la force F exercée par le pousseur

-- les forces de frottement sur le sol et de l'air : Fsol et Fair .

D'après le principe d'inertie, si le mouvement de la boîte est rectiligne uniforme,

c'est que toutes ces forces se compensent. C'est toujours le cas pour P et R ,

et donc ici, on a forcément F = Fsol + Fair (intensités des forces).

Rq : deux forces se compensent, si elles ont la même direction, la même intensité, mais des sens opposés.

Cela se traduit par T = P et R = P pour les intensités des exemples 1 et 2, et par pour les vecteurs.

souvent simplifiée par P = m x g

M x G

d2

valable dans tout l'univers

et quels que soient les objets.

(5,97 x1024) x (6,67 x10-11)

(6,37 x106)2

MT x G

RT2

Principe d'inertie : -- si un objet est soumis à des forces qui se compensent (ou à aucune force), alors

il est soit au repos ( = immobile) soit animé d'un mouvement rectiligne uniforme.

-- si un objet est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme, alors il n'est

soumis à aucune force ou à des forces qui se compensent.

-- direction : verticale

-- sens : vers le haut

-- point d'application : le centre O de la

surface de contact

-- intensité : R = P = m x g

-- direction : droite verticale

-- sens : vers le bas

-- point d'application : le centre de gravité G

-- intensité (ou valeur) : P = m x g (en Newtons)

-- direction : verticale

-- sens : vers le haut

-- point d'application : le point A

de fixation sur la boule

-- intensité : T = P = m x g

p 19

M x G

d2

P = m x

T = - P et R = - P

VI INTERACTIONS

exemples :

-- Quand A pousse la boîte B, la boîte B pousse A en retour car elle le ralentit : sans elle, avec les mêmes

impulsions musculaires, A irait plus vite. Et on a : FA/B = - FB/A et FA/B = FB/A

-- La boule suspendue tend le fil : elle exerce une force Fboule/fil sur celui-ci, et le fil la retient : le fil exerce

une force Ffil/boule sur la boule. Fboule/fil = - Ffil/boule et Fboule/fil = Ffil/boule

-- Par gravitation, deux corps s'attirent mutuellement : chacun agit sur l'autre donc 2 forces sont mises en jeu.

Pour une planète et un objet, il y a la force exercée par la planète sur l'objet ( le poids P de l'objet ) et la

force exercée par l'objet sur la planète ( qui est trop faible pour faire bouger l'énorme planète ).

Et on a P = Fplanète/objet = - Fobjet/planète et Fplanète/objet = Fobjet/planète

-- Quand un aimant attire un objet en fer, l'objet attire aussi l'aimant (et s'ils sont de masse équivalente, ils

bougent tous les deux). Les deux forces liées à cette interaction sont telles que : Faimant/objet = - Fobjet/aimant

-- Une fusée expulse les gaz issus de la combustion du carburant avec une certaine force et en retour, ces gaz

exercent la même force sur la fusée mais en sens inverse, ce qui la fait décoller.

chapitre 6 ENERGIE MECANIQUE cours de M. Fillodeau

On étudie souvent le mouvement d'objets qui évoluent sur ou près de la surface de la Terre (une voiture qui roule,

une personne qui marche, une balle qu'on lance, etc.).

Dans ce cas l'intensité de la pesanteur g (qui dépend de la distance par rapport au centre de la Terre et qui sera toujours

équivalente au rayon de la Terre ici) est considérée constante et vaut environ 10 N/kg.

Cette année, pour l'énergie mécanique, on ne s'intéressera qu'aux objets qui ne sont soumis qu'à leur poids P

(et à la force R de réaction du sol s'ils le touchent), et dans ce cas :

-- les seules énergies susceptibles de varier sont les énergies cinétique et potentielle de ces objets, dont on va

voir les définitions sur la page suivante ( leurs énergies internes chimique et nucléaire par exemple, liée à

leurs molécules et atomes, ne changera pas ).

-- on ne tient pas compte des forces de frottements de l'air (négligeables sur de courtes distances) ni des forces

de frottements sur le sol (impossible dans la réalité, sauf sur la glace) par conséquent :

aucune énergie n'est échangée avec l'extérieur et l'énergie totale de l'objet se conserve.

Les années suivantes, d'autres forces seront considérées (dont celles de frottements) et pour chacune, l'énergie

qu'elle met en jeu et les échanges avec l'extérieur que cela implique : ce sera plus compliqué...

Vous apprendrez aussi les raisons pour lesquelles la force R de réaction n'intervient pas quand on travaille sur

l'énergie et pourquoi le système étudié sera plutôt l'ensemble Terre + objet .

Une force n'existe jamais seule :

quand un objet A exerce une force sur un objet B, l'objet B exerce toujours la même force sur l'objet A

mais en sens inverse. On parle d'interaction entre les deux objets ou encore d'action/réaction.

A

B

FA/B

B/A

plafond

x

Ffil / boule

Fboule / fil

aimant

x

Fobjet / aimantFaimant / objet

x

objeten fer

planète

X

X

objet

Fobjet / planète

Fplanète / objet

p 20

attention : -- quand on parle d'interaction, on considère deux objets et seulement deux forces

-- quand on travaille sur le principe d'inertie, on n'étudie qu'un objet et toutes les forces qu'il subit.

I ENERGIE CINETIQUE

Quand un objet est en mouvement, il peut en faire bouger un autre (par choc), il possède donc de l'énergie (voir page 2) qu'on appelle l'énergie cinétique et qu'on note souvent Ec ou Ecin.

L'énergie cinétique dépend de la vitesse v et de la masse m de l'objet car :

-- plus la vitesse de l'objet est importante, plus le choc sera violent et plus l'objet heurté bougera.

-- à même vitesse, plus l'objet est lourd, plus le choc est violent (un camion fait plus de dégâts qu'une voiture...).

Formule :

II ENERGIE POTENTIELLE ( ou ENERGIE DE POSITION )

Par définition, une force modifie le mouvement d'un objet et le mouvement d'un objet le rend capable d'en faire

bouger un autre, plus ou moins selon que la force l'accélère ou le ralentit : une force modifie donc l'énergie de l'objet.

L'énergie potentielle est l'énergie qui est liée à la force poids P de l'objet :

Comme la gravitation, l'énergie potentielle dépend de l'altitude z et de la masse m de l'objet. En effet, s'il tombe :

-- plus l'altitude de l'objet est élevée, plus l'impact sur le sol est important (donc plus d'énergie est transférée au sol)

une boule de pétanque lâchée de 10 mètres s'enfonce plus dans le sable qu'une autre lâchée de 1m.

-- à même hauteur, plus l'objet est lourd, plus l'impact sur le sol est important

une boule de pétanque lâchée de 1 m s'enfonce plus dans le sable qu'une balle de tennis aussi lâchée de 1 m.

Formule :

z est l'altitude de l'objet . , qui par définition est nulle au niveau (= surface) de la mer.

Comme on ne considère cette année que des objets qui évoluent sur ou près de la surface de la Terre,

l'énergie potentielle d'un système est considérée nulle à l'altitude la plus basse qu'il peut atteindre, donc

au niveau de la mer.

La formule Ep = m g z est en accord avec ces considérations : si z = 0 m, Ep = m g z = 0 J.

Selon les situations, la formule peut être . Ep = m g h . où h est la hauteur de l'objet.

La hauteur h est généralement mesurée à partir du sol plat (sans pente) où on fait nos expériences et qui n'est

pas forcément au niveau de la mer : dans notre salle de classe qui est à l'altitude 120 m par exemple.

L'altitude n'y est pas nulle mais ce sol est le niveau le plus bas que le système étudié pourra atteindre et on y

considèrera l'énergie potentielle comme nulle : pour h = 0 m , Ep = m g h = 0 J.

III ENERGIE MECANIQUE

L'énergie mécanique d'un objet, souvent notée Em ou Eméca ,

est la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle

. Les objets étudiés, seulement soumis à leur poids . , n'échangeront aucune énergie avec l'extérieur

donc leur énergie totale ( = énergie mécanique + énergie interne qui ne change pas ) se conserve.

Et par conséquent, . leur énergie mécanique se conserve . ( = reste la même, est constante ).

Ec = m x v

2

2

démonstration hors programme.

et si m est en kg et v en m/s

alors Ec est en joules ( J ) .

Un objet possède une énergie du fait de la gravitation qui le met ou peut le mettre en mouvement.

On l'appelle énergie potentielle ou de position et on la note souvent Ep, Epot ou Epos.

démonstration hors programme.

avec g ≈ 10 N/kg , m en kg , z en mètres et Ep en joules ( J ) .

Em = Ec + Ep

cours de M. Fillodeau

p 21

Ec = m x v

2

2

J

kg m/s

J

Ep = m x g x z

kg m

EXERCICES CHAPITRE 6

chapitre 7 LE SON cours de M. Fillodeau

I ONDES SONORES

Un son est une vibration de l'air qui se propage . : on parle d'onde sonore.

Quand une corde de guitare vibre, elle fait vibrer l'air qui l'entoure, qui lui-même fait vibrer l'air qui l'entoure,

qui lui-même fait vibrer l'air qui l'entoure, qui lui-même…

L'air vibre ainsi par couches successives jusqu'au tympan ( membrane fine de 0,1mm d'épaisseur ) de la

personne qui écoute. Les vibrations du tympan sont interprétées par le cerveau comme une sensation sonore.

Si les vibrations sont régulières (en se répétant identiques à elles-mêmes) :

exemple : les ailes d'une mouche vibrent 300 fois par seconde et 600 pour celles d'un moustique,

le moustique produit donc un son plus aigu.

1 Hz = 1 vibration par seconde

L'oreille humaine perçoit les sons de fréquence allant de 20 à 20 000 Hz.

On parle d'infrasons pour les sons dont F < 20 Hz et d'ultrasons pour les sons dont F > 20 000 Hz.

La période T est la durée d'une vibration complète (qui se répète).

Elle est liée à la fréquence par la formule

où F est en Hz et T en seconde

EXERCICE 1 n'oubliez pas : une formule avant tout calcul...

1) a) Quelle est l'énergie cinétique d'une voiture de 1,2 tonne qui roule à 80 km/h ?

b) Quelle est la masse d'une boule qui roule à 2 m/s et dont l'énergie cinétique est de 10 J ?

c) Quelle est la vitesse d'un cycliste de 90 kg (avec son vélo) dont l'énergie cinétique est 5,5 kJ ?

2) a) Quel autre nom donne-t-on à l'énergie potentielle ?

b) Quelle est l'énergie potentielle d'un objet de 2kg situé à 50m du sol ?

3) Quelle est l'énergie mécanique du cycliste de la question 1) c) sachant de plus qu'il roule sur un plateau à 1000 m d'altitude ?

EXERCICE 3 : une pierre de 625g est lâchée d'une falaise de 16m.

Avec ces seules données (sans aucun appareil de mesure de vitesse) et sachant que l'énergie mécanique de la pierre se conserve,

calculer la vitesse de la pierre juste avant qu'elle ne touche le sol (où l'altitude sera considérée comme nulle).

indice : il faut raisonner avec l'énergie mécanique de la pierre au moment du lâcher et juste avant qu'elle ne touche le sol.

EXERCICE 2

On reprend les résultats de l'expérience de l'objet qui chute de 1,5 m de hauteur

et dont on mesure la vitesse v à différents moments.

La masse m de l'objet est 35g et la valeur de l'intensité de la pesanteur est g ≈ 10 N/kg.

hauteur h en m 1,50 1,45 1,35 1,20 1,00 0,75 0,50 0,15

vitesse v en m/s 0 0,98 1,71 2,42 3,13 3,83 4,43 5,14

énergie cinétique en J

énergie potentielle en J

énergie mécanique en J

1) Remplir les cases vides du tableau. Donner les formules et les calculs pour la hauteur de 1 m.

2) a) Qu'en concluez vous pour l'énergie mécanique ?

b) Pourquoi peut-on dire que l'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique ?

h

h

o

capteur de vitesse

La fréquence F des vibrations est le nombre de vibrations qu'il y a par seconde.

Plus l'air vibre vite, plus la fréquence est élevée et plus le son est aigu.

La fréquence F se mesure en hertz ( Hz ).

F =

p 22 Hz

s

II REPRESENTATION GRAPHIQUE

1) SON PUR

Le haut-parleur d'une enceinte contient une membrane que l'on fait vibrer. En vibrant, elle produit des sons.

Elle vibre en suivant les variations de la tension électrique qu'on applique aux bornes du haut parleur.

Si la courbe qui représente ces variations à une allure "sinusoïdale" , le son produit est dit "pur".

Rq : -- le motif est la partie la plus petite possible de la courbe qui se répète sans cesse.

-- le volume du son augmente avec la tension maximum appliquée ( 3V sur l'exemple précédent ).

-- un micro contient une membrane qui vibre selon le son perçu ( comme un tympan ) et il "convertit" ces

vibrations en courant électrique dont la tension suivra exactement les variations liées à ce son ;

ce courant est ensuite amplifié et alimente le haut-parleur qui reproduit alors exactement le son capté.

2) SON COMPLEXE

Les sons courants ne sont pas purs et l'allure des courbes

de tensions correspondantes sont plus "complexes".

exemple ( extrait d'un enregistrement vocal )

III VITESSE DE PROPAGATION DU SON

La vitesse de propagation du son dépend du milieu dans lequel il évolue :

-- . dans l'air, le son se propage à 340 mètres par seconde : 340 m/s .

c'est la vitesse de transmission des vibrations d'une couche d'air à l'autre.

-- dans l'eau, le son se propage à 1450 m/s ; dans le fer : 6000 m/s.

dans un liquide, les molécules se touchent, la transmission des vibrations est donc meilleure que dans un gaz

et elle l'est davantage encore dans un solide où les molécules sont liées entre elles (par contre l'amortissement

des vibrations est plus important : le son "va" moins loin).

On n'entend pas instantanément le son émis par un objet, surtout s'il est loin ou s'il se déplace très vite,

et comme pour tout calcul de vitesse : =

é

tension (ou volume sonore)

temps

( en V )tension

( en ms )

3

-3

tempsx

u

t

x

1020

x

tension sinusoïdale

A

B

E

D

C

20F

m otif

x

x

x

positions de la membrane du haut-parleur

A B E

CD

membrane

F

v =

p 23

cours de M. Fillodeau

chapitre 8 SIGNAUX SONORES ET LUMINEUX cours de M. Fillodeau

I ONDES LUMINEUSES

La lumière peut être considérée comme une onde c'est-à-dire une propagation de vibrations dans un milieu tel

que l'air, l'eau etc. Contrairement au son, ce n'est pas de la matière qui vibre (donc des molécules), mais certaines

propriétés du milieu (les propriétés électro-magnétiques mais cela est trop compliqué pour qu'on en dise plus en 3ème

).

Et contrairement au son, la lumière se propage dans le vide (donc dans l'espace).

On pense qu'il s'agit de la plus grande vitesse qui existe dans l'univers.

La vitesse v de la lumière dans d'autres milieux est toujours inférieure à celle du vide.

exemples : -- dans l'eau, v = 2,25 x108 m/s et dans la plupart des verres : v = 2 x10

8 m/s

-- dans l'air, la vitesse de la lumière est pratiquement égale à celle du vide.

La lumière est si rapide qu'on peut considérer qu'elle nous parvient de manière instantanée si la source de lumière

est proche de nous, mais ce n'est plus le cas si on parle de distances qui séparent des planètes ou des étoiles…

En effet, la lumière met 8,3 minutes pour nous parvenir du Soleil, elle met 79 minutes de Saturne (en moyenne),

4,23 années de l'étoile la plus proche du Soleil et 2,55 millions d'années de la galaxie la plus proche !

soit 10 000 milliards de km environ (1013

km).

C'est une unité de distance et elle est plus pratique que le km pour parler de très grandes distances.

On dit alors que l'étoile la plus proche du Soleil est à 4,23 années-lumière plutôt qu'à 42 300 000 000 000 km.

II SIGNAL ET INFORMATION

Le son et la lumière sont aussi utilisés pour transmettre un "signal" ( = des variations spécifiques ) et donc

une information ( = analyse de ces variations ) entre un émetteur et un récepteur.

Par exemple, lors d'une échographie (qui permet de voir le fœtus d'une femme enceinte), plusieurs ultrasons sont envoyés

dans le corps et reviennent vers la sonde après avoir rencontré des obstacles. En fonction du type d'obstacle (liquide, tissus,

os etc.), leur retour est plus ou moins intense. La sonde détecte ces différences d'intensité (qui constituent le signal ici) et

les "transforme", via un ordinateur, en image (l'information ici) : une forte intensité correspond à un point blanc de l'image,

une faible à un point noir.

Autre exemple : une télécommande contient une lampe à infrarouges qui envoie des rayons lumineux (invisibles pour l'œil

humain) vers la TV. Cette lampe éclaire et s'éteint plusieurs fois d'affilée mais de manière différente en fonction du bouton

sur lequel on appuie : cela constitue le signal ici. Un ensemble capteur/circuit électronique dans la TV reçoit et analyse ce

signal pour en tirer l'information correspondant au bouton sur lequel on a appuyé. Des courants électriques sont alors créés

dans les circuits concernés de la TV pour effectuer la tâche demandée.

Dans le vide, la vitesse de propagation de la lumière est notée c et vaut environ 3 x108 = 300 000 000 m/s

Une année-lumière ( al ) est la distance parcourue par la lumière en une année (dans le vide)

p 24

QUELQUES FORMULES ET DEFINITIONS EN PHYSIQUE - CHIMIE (cours de M. Fillodeau)

SCHEMA DE TRANSFERTS D'ENERGIE

LE PLUS FREQUENT :

conservation de l'énergie :

énergie consommée = énergie utile + énergie perdue

énergie

énergie

énergie

utile

convertisseur consommée

perdue

objet qui

produit

l'énergie

objet qu'on

veut faire

fonctionner

milieu

extérieur

LUMIERE :

La vitesse de la lumière dans le vide et dans l'air est de 3 x 108

m/s.

Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an.

Lors d'une REACTION CHIMIQUE, les atomes des réactifs se

séparent et se réassemblent autrement pour former les produits.

Tous les atomes sont réutilisés donc la masse totale se conserve

et il faut bien équilibrer les équations-bilan.

Une réaction s'arrête quand l'un des réactifs a totalement disparu.

ENERGIE MECANIQUE : (avec h = hauteur)

énergie cinétique

énergie mécanique : Em = Ec + Ep .

L'énergie mécanique d'un objet uniquement

soumis à son poids se conserve.

(ou de position) énergie potentielle

Ep = m x g x h

J kg m N/kg

m/s kg J

Ec = m x v

2

2

PUISSANCE P , ENERGIE E ET TEMPS t :

ou donc 1 W = 1 J/s E = P x t

J W s

E = P x t

kW.h kW h

W

J

s

P = E

t

MASSE VOLUMIQUE

unités fréquentes : g/cm3 et kg/m

3

ƍ = masse

volume

ELECTRICITE :

La tension aux bornes d'un ensemble d'appareils montés en série

est égale à la somme des tensions de chacun de ces appareils.

Des appareils électriques montés en dérivation les uns par

rapport aux autres ont la même tension entre leurs bornes .

L'intensité du courant est la même dans toute partie d'un circuit où

les appareils sont montés en série les uns par rapport aux autres.

La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est

égale à la somme des intensités des courants qui en repartent.

loi d'Ohm pour un

conducteur ohmique de résistance R :

puissance électrique : d'un appareil

U = R x I

V Ω A

P = U x I

W V A

SON :

La période T d'un son est la durée

d'une seule vibration. Sa fréquence F

est le nombre de vibrations par seconde.

Plus la fréquence d'un son est élevée, plus il est aigu.

L'oreille entend les sons de fréquence entre 20 et 20 000 Hz.

La vitesse du son dans l'air est de 340 m/s.

Hz s

F = 1

T

MOUVEMENT ET VITESSE :

Le système est l'objet dont on étudie le mouvement.

Le référentiel est l'objet de référence par rapport auquel on décrit le

mouvement du système étudié.

La trajectoire d'un système est la ligne que suit son centre d'inertie

lors du mouvement.

Décrire la nature d'un mouvement, c'est dire s'il est uniforme, ralenti

ou accéléré, et si la trajectoire est rectiligne ou circulaire par exemple.

Si le système ne bouge pas, il est "au repos".

caractéristiques d'un vecteur

vitesse instantanée :

calcul d'une vitesse constante ou d'une vitesse moyenne :

direction : droite qui porte la flèche (elle est toujours tangente à la trajectoire)

sens : orientation sur la droite (c'est toujours le sens du mouvement)

valeur : généralement en m/s (ou km/h)

v = = distance parcourue

temps de parcours

d

t

ATOMES :

Les protons sont positifs,

les électrons sont négatifs.

Un atome contient autant

d'électrons que de protons.

Un ion monoatomique positif est un

atome qui a perdu des électrons, un ion négatif est un atome qui en a gagné.

nombre de protons appelé numéro atomique

ou nombre de charge

nombre de nucléons appelé nombre de masse

Z

A

X élément

nombre de neutrons = A - Z

FORCES :

Une force est exercée par un objet A sur un objet B : FA/B

En retour, B exerce toujours la même force sur A mais en sens inverse FA/B et FB/A sont les 2 forces de cette interaction et FA/B = FB/A

caractéristiques

d'une force F :

Le poids P d'un objet est une force,

celle exercée sur lui par la

planète qui l'attire

avec g , l'intensité de la pesanteur en N/kg de cette planète.

Quand on étudie le mouvement d'un objet,

on considère toutes les forces F…/objet

qui s'exercent sur lui (dont son poids).

Et si l'objet est immobile, c'est que toutes ces forces

se compensent (c'est le principe d'inertie).

direction : droite qui porte le vecteur

sens : orientation sur la droite

intensité F (ou valeur) : en newtons ( N )

point d'application

direction : droite verticale

sens : vers le bas

intensité : P = m x g

point d'application : centre de gravité

P = m x g

N kg N/kg

pH = 0 pH = 14pH = 7

solut ions .. .. . .. .. ..

solut i ons ... . .. .. . ..solut i ons ... .. . .. .. .

( beaucoup d'ions ... .. . . ) ( beaucoup d'ions .. . .. .. )

.. .. .. .. .. .. .. c ro issa n t e. ... .. .. .. .. .. c r oiss an t e

solutions acides solutions basiques

solutions neutres

( beaucoup d'ions H ) ( beaucoup d'ions HO ) + -

pH = 7 pH = 14pH = 0

pH :