FSAB 1301 : Chimie 1 Département responsable du cahier
publicité
FSAB 1301 : Chimie 1 Département responsable du cahier des charges: EPL Département responsable de l'attribution: EPL Volume: (30-30) 6 ECTS Années d'études: FSA11BA Quadrimestre: Q2 Langue d'enseignement: Français Objectifs (en termes de compétences) Apprendre et comprendre les concepts de base de la physico-chimie, à savoir la structure des atomes et des molécules et les deux premiers principes de la thermodynamique.et les réactions chimiques. Utiliser ces principes pour résoudre des problèmes simples impliquant des réactions chimiques et/ou des transformations physiques équilibrées. Mettre en œuvre des protocoles expérimentaux permettant d’illustrer ces concepts. Découvrir les principes de la démarche scientifique, et être capable de relier approches expérimentales, théorie, et modèles. A l'issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de : savoir parler le langage des chimistes et des thermodynamiciens ne fut ce que : - pour comprendre un minimum de l'organisation du monde ; - pour pouvoir dialoguer avec des collègues spécialisés ; comprendre les notions de conservation d'énergie, d'énergie interne et d'enthalpie, de chaleur de réaction, d'enthalpie de formation et d'énergie de liaison ; comprendre les notions de liaison ionique et leurs conséquences sur la structure ; comprendre les notions de liaison covalente, de résonance et de groupe fonctionnel. Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder) Trois thèmes seront abordés : • la structure de l'atome, la périodicité des propriétés atomiques, les liaisons intra- et intermoléculaires et leur incidence sur la structure de la matière (~2,5 ECTS) ; les notions propres au langage de la chimie (2 ECTS) • l' une introduction à la thermodynamique dans le contexte des équilibres chimiques.: premier principe (1 ECTS). Dans ce thème, sont naturellement mis en évidence, de manière rigoureuse mais sans nécessairement utiliser le formalisme mathématique complet propre à la thermodynamique et mathématique, les notions de variables d'état, le premier principe de la thermodynamique (de conservation d'énergie, d'énergie interne, d'enthalpie, de chaleur et enthalpie de réaction), particulièrement importantes en chimie le second principe de la thermodynamique (entropie et processus spontanés ou non-spontanés, entropie), l’énergie libre et son importance pour les réactions physico-chimiques équilibrées ainsi que son lien avec la notion de constante d’équilibre. La notion de gaz parfait sera également introduite brièvement ; (~2,5 ECTS) • l’intérêt de ces notions pour la compréhension de réactions équilibrées typiques, plus précisément les équilibres acido-basiques et les transformations de phase à un composant (fusion/cristallisation et évaporation/condensation) ; ces exemples seront illustrés par des travaux en laboratoire. (~1 ECTS). les liaisons chimiques et les réactions (3 ECTS). Ce thème important concerne la compréhension de la liaison ionique et son incidence sur la structure ; le concept d'acide et de base ; la liaison covalente et les notions d'électronégativité, de résonance, de groupe fonctionnel, qui interviennent essentiellement dans le domaine de la chimie organique Résumé : Contenu et Méthodes Table des matières • Généralités : matière, composés, molécules, atomes ; unités de mesure, énergie. • Atomistique : Découverte de l’électron, proton, neutron ; classification périodique ; aspect ondulatoire de la lumière, spectres d’émission ; modèle de Bohr, orbitales, nombres quantiques, rayon atomique, ionique ; énergie d’ionisation. • Liaisons : types de liaisons, structure de Lewis, électronégativité, énergie des liaisons. • Thermochimie : Travail, énergie, premier principe, enthalpie, chaleur de réaction, de formation, de changement de phase, loi de Hess, bilans, courbes de chauffage. • Deuxième principe : réactions spontanées et équilibrées, transfert de chaleur, environnement, principe de Boltzmann, énergie libre de Gibbs, entropies de réaction, changements de phase. • Equilibre de réaction et énergie libre. Constante de réaction, réaction acide-base, pH acides faibles, forts, sels, tampons. Calculs de pH, courbe de titrage. Le contenu résumé du cours : la structure d'un atome, l'organisation périodique des éléments et la périodicité des propriétés atomiques ; les notions de mole, de composés et d'équation chimique ; système matériel et variable d'état ; bilans matériels simples ; premier principe de la thermodynamique ; liaison ionique ; relation entre liaison ionique et structure ; reactions acide-base ; notions de liaison covalente, électronégativité, résonance et groupe fonctionnel ; quelques réactions organiques typiques. L'enseignement comportera des cours magistraux et un apprentissage en groupe par problèmes ou exercices sous la direction de tuteurs ayant la charge de susciter chez l'étudiant les réflexions lui permettant de comprendre et de résoudre le problème ou l'exercice proposé et à travers ce travail d'apprendre les notions concernées sans qu'elles n'aient été approfondies au cours. Les méthodes utilisées privilégieront l'apprentissage actif des étudiants. Le choix des modalités précises de mise en oeuvre d'une participation active de l'étudiant dans son apprentissage est laissé aux titulaires, dans le respect des orientations pédagogiques de la Faculté. Une partie expérimentale d’ampleur limitée sera intégrée au dispositif pédagogique. Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...) - Pas de prérequis. - L'évaluation comprend 2 composantes: une interrogation intermédiaire en milieu de quadrimestre et un examen final (examen écrit) au terme du quadrimestre. La note globale résulte de la combinaison des 2 notes selon les règles proposées par la coordination du quadrimestre. évaluation: 2 évaluations écrites individuelles, la première à mi-quadrimestre et la seconde à la fin du quadrimestre pendant la session d'examen - Supports : Des copies de transparent seront disponibles. Un ouvrage de référence sera proposé. FSAB 1301 : Chemistry 1 Département responsable du cahier des charges: EPL Département responsable de l'attribution: EPL Volume: (30-30) 6 ECTS Year of study: FSA11BA Semester: 2 Teaching language: French Aims To learn and to understand the bases of physical chemistry, which includes the structure of atoms and molecules, and the two first principles of thermodynamics. To use these principles to solve simple problems involving chemical reactions and/or phase changes. To be able to illustrate these concepts by simple experiments. To understand the principles of experimental science, and to be able to make links between experiments, theory and models. Main themes Three general topics will be presented : • the structure of atoms, the periodicity of atomic properties, intra- and inter-molecular bonds and how they control the structure of materials (~2,5 ECTS) ; • an introduction to thermodynamics within the frame of chemical equilibrium, in a rigorous way but without necessarily using the complete formalism of thermodynamics. This includes state variables, the first principle of thermodynamics (energy conservation, internal energy, enthalpy, heat and enthalpy of reaction), the second principle of thermodynamics (spontaneous and nonspontaneous processes, entropy), free energy (including its interest to describe equilibrated reactions and its link to equilibrium constants). The notion of perfect gas will also be introduced rapidly; (~2,5 ECTS) • how these notions are of interest to understand typical physical or chemical equilibria, such as acid/base reactions and one-component phase transformation (melting/crystallization and evaporation/condensation); these examples will be worked on further in practical lab experiments. (~1 ECTS). Content and teaching methods Table of contents • Generalities: matter, compounds, molecules, atoms ; measurement units ; energy. • Atoms: Discovery of electrons, protons, neutrons ; periodic table of elements ; light as a wave and emission spectra ; Bohr model, orbitals, quantum numbers, atomic radius ; energy of ionization. • Chemical bonds: types, Lewis structure, electronegativity, bond energy. • Thermochemistry : work, energy, first principle, enthalpy, heat of reaction, of formation, of phase change, Hess’ law, mass balances. • Second principle of thermodynamics : spontaneous and equilibrated reactions, heat transfer, Boltzmann principle, reaction entropy, Gibbs’ free energy, phase changes. • Reaction equilibrium and free energy. Equilibrium constant, acid-base equilibrium, pH (weak and strong acids, salts, buffers, bases). pH computation, titration. Methods will favor active learning techniques. The specific methods are left to the teachers to decide, within the general pedagogical frame set by the EPL. The course will include a few laboratory classes (practicals). Other information (prerequisite, evaluation (assessment methods), course materials recommended readings, ...) - No prerequisite. - Student evaluation comprises a mid-semester evaluation and a final written exam. The final score results from the two evaluations according to EPL-set rules. - Lecture notes: Copies of slides will be made available. A reference book will be proposed.
