cours troisième

eau  dihydrogène + dioxygène
+++
avant r éaction après réact 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) LES ATOMES : UNE THEORIE ?
Comment peut-on expliquer cette "transformation" qui a lieu lors d'une réaction ?
Pour l'expliquer, certains ont imaginé ( début XIXème siècle ) que les molécules étaient elles-mêmes constituées de petites particules, les
atomes, qui lors d'une réaction se séparent et se réassemblent de manière différente pour former de nouvelles molécules : celles des produits.
( on peut s'imaginer que les atomes sont comme des LEGO ! )
Cette théorie est aujourd'hui vérifiée car on a pu observer des atomes avec des microscopes de haute technologie ( à partir de 1986 ).
 voir page 6 pour plus de détails sur les molécules .
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 molécule 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
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
p 1

II NOTION D'ENERGIE
1) QU'EST-CE QUE L'ENERGIE ?
Quelque chose possède de l'énergie s'il peut : -- mettre un objet en mouvement
-- élever la température d'un objet
-- faire passer un courant dans un circuit électrique
-- produire de la lumière.
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.
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.
 L'énergie se mesure en joules ( J ). Autres unités possibles ( cas particuliers ) : calorie , kW.h
 Une source  est dite renouvelable si elle se renouvelle naturellement et assez rapidement
Le soleil, le vent, le bois (qui repousse)(qui revient après les pluies) sont des sources
 Une pile, une bougie, 
2) ENERGIE CHIMIQUE
Bien souvent, quand une réaction chimique a lieu, la température augmente. C'est le cas quand le bois brûle
par exemple, le bilan de la réaction étant : bois + dioxygène  carbone + eau + dioxyde de carbone
Les réactifs de départ ( bois et dioxygène ) possèdent donc de l'énergie.
Comme elle ne se manifeste que lors d'une réaction chimique ( seuls, les réactifs ne chauffent pas l'extérieur ),
on l'appelle "énergie chimique" (elle "maintient" les atomes liés entre eux et est libérée quand les liaisons se cassent).
3) TRANSFERTS ET CONSERVATION DE L'ENERGIE
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.
Lors de ces transferts, l'énergie est souvent "convertie" d'un type à d'autres.
Lors de la combustion du bois par exemple, une partie de l'énergie chimique des réactifs ( bois et dioxygène )
est convertie en énergie thermique et en énergie lumineuse ("récupérées" par le milieu extérieur), le reste formant
l'énergie chimique des produits (carbone, eau et dioxyde de carbone) qu'ils pourront libérer lors d'une autre réaction.
On peut montrer ce que devient l'énergie sur un schéma :
On étudie surtout les transferts liés à des "convertisseurs d'énergie", comme une visseuse électrique qui convertit
l'énergie électrique qu'elle reçoit en énergie mécanique et en énergie thermique (la visseuse chauffe toujours un peu).
L'énergie mécanique est "donnée" à la vis, ce qui provoque son mouvement.
L'énergie thermique est cédée au milieu extérieur à la visseuse, c'est-à-dire à tout ce qui l'entoure (air, main, vis).
L'énergie thermique n'est pas utilisée et elle est inévitable : on dit qu'elle est perdue.
On représente cela sur un schéma de transferts d'énergie :
énergie chimique des réactifs bois et
dioxygène
énergie chimique des produits
énergie thermique
énergie lumineuse
cours de M. Fillodeau
p 2
EDF
milieu extérieur
énergie électrique
énergie thermique
vis
énergie mécanique
visseuse

tonne
kg
g
dg
cg
mg
m3
dm3
cm3
mm3
L
dL
cL
mL
4) 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 minutes, 65000 J fournis à l'eau contenue dans un verre
la feront bouillir alors qu'en 3 heures, l'eau se maintiendra 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
Rq : un appareil de chauffage capable de faire bouillir de l'eau doit pouvoir fournir la bonne puissance.
 . Une source d'énergie produit de l'énergie, un convertisseur en consomme. .
La partie de l'énergie réellement utilisée après un convertisseur est dite utile, le reste, ce sont des pertes énergétiques.
Pour l'exemple de la visseuse page 2 : -- du point de vue d'EDF, l'énergie électrique est produite
-- du point de vue de la visseuse, l'énergie électrique est consommée.
-- l'énergie mécanique est l'énergie utile et l'énergie thermique : les pertes.
On parle aussi de puissance produite, puissance consommée, puissance utile et puissance perdue.
 En électricité, on démontre (hors programme) que la puissance en watts d'un récepteur est . P = U x I .
où U est la tension en volts aux bornes de ce récepteur 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.
EDF utilise une autre unité d'énergie que le joule : le kW.h
 dans les calculs, il suffit de convertir les puissances en kW et les temps en heures :
III MASSE VOLUMIQUE
 La masse d'un objet 
Le volume d'un objet est l'espace qu'il occupe, la place qu'il "prend" ( en m3
 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 cm3 d'alcool (0,789g),
que 1cm3 d'aluminium (2,7g), que 1cm3 de fer (7,874g) ou que 1cm3 de plomb (11,35g).
On dit que la "masse volumique" de l'eau est eau = 1 g/cm3 ( " 1 gramme par cm3 " )
De même alcool = 0,789 g/cm3 ; aluminium = 2,7 g/cm3 ; fer = 7,874 g/cm3 ; plomb = 11,35 g/cm3
Chaque matière a sa propre masse volumique, ce qui permet de les différencier.
 De manière générale : masse volumique d'une matière = ƍmatière = 
 .
exemple ( avec deux unités ) :
1L d'essence a une masse de 750g donc ƍessence = 750 g/L = 
 =   =   g/cm3 = 0,750 g/cm3
cours de M. Fillodeau
La puissance P, donnée par la formule est une grandeur qui tient compte de
cette "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
p 3
kW.h kW h
J W s
E = P x t

e g c d
b f
IV MATHEMATIQUES SOUVENT UTILES
1) "TRANSFORMATION" DE FORMULES
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 10-3m ; 0,058 µm = 0,058 x 10-6m ; 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 ; 5,8 x 10-8 ; 3 x 1012 .
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 4
Elles permettent notamment de faire des conversions rapides
2 mm = 0,002m = 2 x 0,001m = 2 x 10-3m
 il suffit de remplacer mm par x 10-3m
cours de M. Fillodeau
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
x10n
(-)
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 x1071 ( entraînez-vous ! )
x10x
(-)
(-)
x10x
x10x
x10x

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 x10-9m ). 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,
  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 constitue (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 x10-23g.
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, 
le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome
 .
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 5
générateur
+-