1 - techniquiz

Sommaire général
Je me
teste
sur...
Mode d’emploi
3
Sommaire
8
Enseignement obligatoire
11
Enseignement de spécialité
126
Lexique
154
Index
165
Guide d’installation du logiciel
167
SOMMAIRE GENERAL
7
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Sommaire
PARTIE I - ONDES ET MATIERE
1 Ondes et particules
11
2 Caractéristiques des ondes
20
3 Propriétés des ondes
27
4 Analyse spectrale
33
PARTIE II - LOIS ET MODELES
5 Temps, cinématique et dynamique newtoniennes
39
6 Mesure du temps et oscillateur, amortissement
50
7 Temps et relativité restreinte
58
8 Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse
62
Structure et transformation de la matière : représentation
9 spatiale des molécules
Structure et transformation de la matière : transformation en
66
10 chimie organique
73
11 Réaction chimique par échange de proton
78
12 Energie, matière et rayonnement
85
../..
8
SOMMAIRE
Sommaire
Je me
teste
sur...
PARTIE III - DEFIS DU XXIE SIECLE
13 Economiser les ressources et respecter l’environnement
94
14 Synthétiser des molécules, fabriquer de nouveaux matériaux
101
15 Transmettre et stocker de l’information
108
16 Créer et innover
119
PARTIE IV - SPECIALITE
17 L’eau
126
18 Son et musique
135
19 Matériaux
143
Le sommaire suit les parties du programme officiel.
SOMMAIRE
9
Ondes et particules
1
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De nombreux phénomènes naturels, la houle, le son ou la lumière, sont de
nature ondulatoire. En étudiant ces phénomènes, en particulier les
rayonnements issus du Cosmos, l’Homme a pu améliorer considérablement sa
connaissance de l’Univers. A partir de la simple observation de la lumière d’une étoile,
on peut en déduire son éloignement et sa composition chimique. La propagation d’une
onde s’accompagne toujours du déplacement de particules, mais pas toujours dans la
direction de l’onde.
A. Rayonnements dans l’Univers
1. Sources
ƒ L’Univers observable depuis la Terre comporte une grande variété d’objets : étoiles,
galaxies, nébuleuses, pulsars et quasars. Tous ces objets émettent des ondes
électromagnétiques visibles ou invisibles, que nous pouvons capter et analyser,
permettant ainsi d’en déterminer la composition ou la température.
a) Ondes électromagnétiques
ƒ Pour caractériser une onde électromagnétique (OEM), on utilise soit la longueur
d’onde (λ), dans le vide, exprimée en mètres, soit la fréquence (f) exprimée en Hertz
(Hz). Ces deux grandeurs sont liées par la relation :
λ=
ν
λ : longueur d’onde (m)
ν : célérité de l’onde (m.s-1)
f : fréquence (Hz)
f
ƒ Le spectre représente l’ensemble des ondes électromagnétiques. L’étendue des ondes
visibles ne représente qu’une très petite partie du spectre.
Spectre des ondes électromagnétiques :
f: fréquence (Hz)
3
6
10
10
12
10
radio
1k
TV
15
10
radio
TBF
1M
9
10
lumière
μ-ondes
1
I.R.
1m
1021
1018
X
γ
cosmiques
UV
1μ
1n
1p
λ : longueur d’onde (m)
GSM
PARTIE I - ONDES ET MATIERE
radar
visible (400 nm violet - 750 nm rouge)
11
Ondes et particules
1
b) Univers et rayonnement
ƒ Tous les objets présents dans l’Univers sont des sources de rayonnement
électromagnétiques dont l’étendue s’étale sur la quasi-totalité du spectre.
ƒ Plus la source est chaude (centre de la galaxie, quasar), plus les rayonnements se
décalent vers les longueurs d’onde courtes (X, γ, cosmiques). Au contraire, les objets
« froids », tels que les nuages interstellaires émettent principalement dans le domaine des
ondes radio.
2. Spectres
a) Lois de Kirchhoff
ƒ En 1859, Gustav Kirchhoff, formula trois lois sur le rayonnement thermique :
-
Un corps chaud incandescent émet un spectre continu qui évolue avec la
température.
Un gaz chaud, à basse pression, produit un spectre de raies fines qui dépend des
atomes constitutifs du gaz.
Un gaz froid, traversé par un rayonnement, absorbe une partie de ce rayonnement
et donne un spectre comportant des raies noires d’absorption, correspondantes aux
raies d’émission de ce gaz.
ƒ Ces lois vont ouvrir la voie à la spectroscopie et à l’analyse spectrale.
Spectre continu :
Spectre d’émission de raies (mercure) :
b) Spectre continu et température
ƒ Le spectre continu, émis par un corps incandescent (corps noir), évolue vers les
longueurs d’onde courtes (le bleu-violet) lorsque la température augmente. La longueur
d’onde maximale du profil spectral est donnée par la loi de Wien.
3. Absorption et spectroscopie
a) Absorption
ƒ Conformément à la 3e loi énoncée par Kirchhoff, les gaz qui constituent l’atmosphère
des étoiles ou les nuages interstellaires vont absorber une partie du rayonnement émis par
12
PARTIE I - ONDES ET MATIERE
Synthétiser des molécules, fabriquer de
nouveaux matériaux
14
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La synthèse en chimie organique a pour but de produire une espèce chimique
avec le meilleur rendement et le plus rapidement possible. Le produit obtenu
doit être pur et le tout doit se faire à moindre coût et dans des conditions de sécurité
optimale. Cette synthèse est plus complexe en présence de composés à plusieurs
fonctions et il faut alors faire appel à des réactifs chimiosélectifs ou des groupements
protecteurs.
A. Stratégie de la synthèse organique
1. Détermination des quantités de matière
ƒ Suivant les données, la quantité de matière peut être déterminée de différentes
manières.
Méthodes de détermination des quantités de matière :
A partir de la masse m
d’un solide ou d’un
liquide :
m : masse de l’espèce (g)
M : masse molaire de
l’espèce (g.mol-1)
m µ
V
A partir du volume V d’un
solide ou d’un liquide :
μ : masse volumique de
l’espèce (g.L-1)
V : volume de l’espèce (L)
M : masse molaire de
l’espèce (g.mol-1)
PARTIE III - DEFIS DU XXIE SIECLE
A partir du volume V d’un
gaz et du volume molaire
Vm : V : volume du gaz (L)
Vm : volume molaire
(L.mol-1)
Quantité de
matière
n
(mol)
A partir du volume VL
d’un liquide non pur :
P : pourcentage massique
de pureté du liquide (%)
μL : masse volumique du
liquide (g.L-1)
VL : volume du liquide (L)
M : masse molaire de
l’espèce (g.mol-1)
A partir de la
concentration massique
cm d’une solution :
cm : concentration
massique de l’espèce
(g.L-1)
V : volume de la solution
(L)
M : masse molaire de
l’espèce (g.mol-1)
cm c
M
A partir de la
concentration molaire c
d’une solution :
n c V c : concentration molaire
de l’espèce (mol.L-1)
V : volume de la solution
(L)
101
Synthétiser des molécules, fabriquer de
nouveaux matériaux
14
2. Amélioration du rendement
a) Définition du rendement
ƒ Le rendement d’une synthèse ρ est donné par le quotient de la quantité de matière
obtenue de l’espèce nf, sur la quantité de matière maximale attendue pour cette espèce
nf
nmax : ρ =
nmax
ƒ Il existe plusieurs techniques pour augmenter le rendement d’une réaction qui n’est
pas totale.
b) Choix du réactif
ƒ Le rendement dépend de la nature des réactifs. Par exemple, il est possible de former
un ester à partir d’un alcool et d’un acide carboxylique suivant la réaction :
R’ – OH + R – COOH ' R – COO – R’ + H2O
alcool
acide carboxylique
ester
eau
ƒ Le rendement de la synthèse est amélioré si la synthèse est réalisée à partir d’un
chlorure d’acyle à la place de l’acide carboxylique :
R’ – OH + R – CO – Cl R – COO – R’ + HCl
alcool
chlorure d’acyle
ester chlorure d’hydrogène
Cette seconde réaction étant totale, le rendement de la synthèse est amélioré par rapport à
la première réaction qui conduit à un équilibre entre les quatre espèces.
c) Excès d’un réactif
ƒ Il est possible d’utiliser un réactif en excès, en général le moins coûteux, afin
d’améliorer le rendement de la réaction en déplaçant l’équilibre.
d) Élimination d’un produit
ƒ L’élimination d’un des produits de la réaction au fur et à mesure de sa formation
permet également d’améliorer le rendement d’une réaction.
ƒ Pour cela, plusieurs techniques sont utilisables dont :
-
102
un montage de distillation simple si l’un des produits formé est l’espèce la plus
volatile (qui a la température d’ébullition la plus basse) ;
un montage de Dean Stark si l’un des produits formé est l’espèce la plus dense.
PARTIE III - DEFIS DU XXIE SIECLE