Carte mentale 1ère Spé

Carte mentale1 Spécialité

ère

L'énergie : conversions et transferts

Mouvement et interaction

Interactions fondamentales et introduction à la notion de champ

Aspects énergétiques des phénomènes électriques

Aspects énergétiques des phénomènes mécaniques

Description d'un fluide au repos

Mouvement d'un système

Constitution et transformations de la matière

Ondes et signaux

Suivi de l'évolution d'un système, siège d'une transformation

Ondes mécaniques

De la structure des entités aux propriétés physiques de la matière

La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire

Propriétés physico-chimiques, synthèses et combustions d'espèces chimiques organiques

P. Mourelon

Interaction électrostatique

Loi de Coulomb

• Par frottement
• Pas influence
• Par contact

Force et champ électrostatique

Force : Champ :

Force et champ de gravitation

Force : Champ :

P. Mourelon

Loi de Mariotte

Force pressante

F = P.S

(Unité : F en N, P en Pa, S en m²)

P.V = Constante

Loi fondamentale de la statique des fluides

P - P = ρ.g.(z - z )

B A A B

Grandeurs macroscopiques et comportement microscopique

Fluide Pas de mouvement d'ensemble Mouvement incessant et désordonné des entités

Température Mesurée grâce à un thermomètre Agitation des entités

Pression Mesurée grâce à un manomètre Choc des entités

Masse volumique Pour un liquide > pour un gaz Proximité des entités

Grandeurs : Echelle macroscopique : Echelle microscopique :

P. Mourelon

Vecteur variation de vitesse

Rôle de la masse

Plus la masse est élevée, plus la valeur du vecteur variation vitesse est faible

Le vecteur variation vitesse est lié à la résultante des forces s'exerçant sur le système étudié

P. Mourelon

Modèle d'une source réelle de tension continue

Porteurs de charge

Particules chargées positivement ou négativement

Une source réelle de tension est modélisée par l'association en série d'une source idéale de tension et d'un conducteur ohmique

Lien entre intensité et débit de charges

I = Q / ∆ t

Effet Joule

Puissance électrique reçue par un dipôle ohmique dissipée par transfert thermique.

Energie dissipée par effet Joule : E = P x ∆t = R x I x ∆t

J J

Conducteur électrique : sens conventionnel du courant est celui des charges positives donc de la borne + vers la borne -. Les électrons vont dans le sens inverse.

Puissance et énergie

P = U.I E = P. ∆ t

• Dipôle générateur : la puissance est fournie
• Dipôle récepteur : la puissance est reçue

(Unité : P en Watt, U en Volt, I en Ampère, E en Joule et t en seconde)

Rendement

η = Putile/Preçue = Eutile / Ereçue

P. Mourelon

Travail d'une force

• > 0 : Moteur
• = 0 : Nul
• < 0 : Résistant

Force conservative

Si son travail ne dépend pas de la trajectoire. Exemple : Le Poids

Force non-conservative

Si son travail dépend de la trajectoire. Exemple : Les forces de frottement

Théorème de l'énergie cinétique

Variation de l'énergie mécanique

• Conversion de l'énergie mécanique si la somme des travaux des forces s'exerçant sur le système est nulle ou s'il n'y a que des forces conservatives.
• Non conservation de l'énergie mécanique si le système n'est soumis qu'à des forces non-conservatives dont le travail n'est pas nul.

Energies

• Energie cinétique : Ec = 1/2 m v²
• Energie potentielle de pesanteur : Epp = m g h
• Energie mécanique : Em = Ec + Epp

P. Mourelon

Détermination de la composition du système initial à l'aide de grandeurs physiques

Suivi et modélisation de l'évolution d'un système chimique

Détermination d'une quantité de matière grâce à une transformation chimique

P. Mourelon

Quantité de matière

• Pour liquide : n = (ρ×V) / M
• Pour gaz : n = V(gaz) / V(molaire)

n = m / M ou n = C.V

Masse molaire

23 -1

• entité : M(entité) = m(entité) × Na
• espèce : M(espèce) =

avec Na = 6,02.10 mol M en g.mol

∑ M(entité)

-1

Concentration

Concentration molaire : C = n / V

Concentration massique : Cm = m / V

C = Cm / M ou Cm= C. M

Loi de Beer-Lambert

A = ε.l.c

Couleur d'une espèce en solution

Couleur perçue = couleur complémentaire de la couleur absorbée

Exemple KMnO : Couleur perçue violet, couleur absorbée vert/jaune (540 nm)

P. Mourelon

Réactif limitant = Réactif totalement consommé en premier x(max) le plus petit Comment trouver x(max) :

• Hypothèse 1 : A est réactif limitant alors n (A) - 3 x(max) = 0
• Hypothèse 2 : B est réactif limitant alors n (B) - x(max) = 0

Si xf = x(max) : transformation totaleSi xf < x(max) : transformation partielleMélange stoechiométrique = réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

Tableau d'avancement

Réaction d'oxydo-réduction

Couple : (Ox/Red) Oxydation : Red = Ox + n e Réduction : Ox + n e = Red Equation d'oxydoréduction : Ox(1) + n e = Red(1) Red(2) = Ox(2) + n e Ox(1) + Red(2) = Red(1) + Ox(2)

P. Mourelon

Titrage avec suivi colorimétrique

changement de couleur = équivalence

L'équivalence

L'équivalence : réactifs introduits dans les proportions stoechiométriques

Avant l'équivalence : Après l'équivalence :

P. Mourelon

De la structure à la polarité d'une entité

De la structure à la cohésion et à la solubilité/miscibilité d'espèces chimiques

P. Mourelon

Schéma de Lewis

Géométrie des entités

• Tétraédrique : atome central lié à 4 atomes

• Pyramide à base triangulaire : atome central lié à 3 atomes + 1 doublet non liant
• Triangulaire : atome central lié à 3 atomes
• Coudée : atome central lié à 2 atomes + 2 doublets non liants

ou 2 atomes + 1 doublet non liant

• Linéaire : atome central lié à 2 atomes

Electronégativité

Liaison polarisée : différence d'électronégativité entre les deux atomes > 0,4. Molécule polaire : position des charges partielles positives et négatives non confondues

P. Mourelon

Polaire Apolaire

Dissolution

M X --> n M + p X

n p (s) (aq) (aq)

p+ n-

eau

Dissociation Solvatation Dispersion

Concentration des ions : [M ] = n(M )/V

p+ p+

solution

Cohésion dans un solide

• Interaction électrostatique : entre les ions des composés ioniques
• Interaction de Van der Waals : entre molécules polaires ou apolaires
• Liaison hydrogène : entre un atome d'hydrogène lié à un atome très électronégatif

et un doublet non liant d'un atome électronégatif

Extraction liquide-liquide

• Le soluté doit être soluble dans le solvant choisi
• Les autres espèces du mélange ne doivent pas être soluble dans le solvant choisi
• Le solvant choisi doit être le moins dangereux possible pour la santé et l'environnement

Solubilité dans un solvant

• Soluté ionique soluble dans solvant polaire
• Molécule polaire soluble dans solvant polaire
• Molécule apolaire soluble dans solvant apolaire

Savons

Espèces amphiphiles car composées d'une chaîne carbonée (lipophile) et d'un ion carboxylate (hydrophile). Espèces amphiphiles = tensioactifs

P. Mourelon

Structure des entités organiques

Synthèse d'espèces chimiques organiques

Conversion de l'énergie stockée dans la matière organique

P. Mourelon

Formule brute et semi-développée

• Formule brute : symboles + nombre des atomes (exemple CH 0H)
• Formule semi-développée : symbole des atomes + liaisons (exemple : )

Spectroscopie infrarouge

Permet de déterminer la structure d'une molécule inconnue

Familles fonctionnelles

P. Mourelon

Rendement d'une synthèse

Etapes d'un protocole

• Transformation des réactifs
• Isolement : décantation, distillation, filtration...
• Purification : séchage, recristallisation ...
• Analyse : banc Köfler, mesure de la température d'ébullition / de la masse volumique, CCM, spectre IR...

Dispositifs expérimentals

CCM

Montage à reflux

Distillation fractionnée

1. réfrigérant à boule
2. bouchon
3. ballon
4. chauffe-ballon
5. Support

1. colonne de vigreux
2. réfrigérant
3. chauffe-ballon
4. ballon
5. éprouvette graduée

P. Mourelon

Réaction de combustion

Réaction d'oxydoréduction entre les couples : (O / H O) et (CO / C H O )

2 2 2

Energie de réaction

(Unité : E en Joule)

x y z

Pouvoir calorifique

Energie libérée par la combustion d'un kilogramme de combustible

(Unité : E en joule, m en kg, PC en J/kg)

Energie molaire de liaison

E : Energie à fournir pour rompre les liaisons d'une mol de molécules AB toujours > 0 en J/mol

L (g)

Energie molaire de réaction

Pour les combustions :

• < 0 car libère de l'énergie
• appelée énergie molaire de combustion

Enjeux de société

Réduire production de dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, gaz à effet de serre...

Biocarburant

Microalgues

Biomasse

Energie renouvelable

P. Mourelon

Onde mécanique progressive

Phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière mais d'énergie.

Longitudinale Transversale

Célérité d'une onde

Retard

τ = t - t

B A

Périodicité spaciale et temporelle

Périodicité temporelle : Période T (en seconde) est la plus petite durée au bout de laquelle la perturbation se répète, Fréquence (en Hz), f = 1/T

Périodicité spatiale : Longueur d'onde λ (en mètre) est la plus petite distance séparant deux points du milieu dans le même état vibratoire à un instant donné.

v = λ / T

P. Mourelon

Images et couleurs

Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

P. Mourelon

Synthèse soustractive

Synthèse additive

Vision des couleurs

Les lentilles

Image réelle : obtenue sur un écran Image virtuelle : ne peut se former sur un écran Gt > 0 : Image droite Gt < 0 : Image renversée

P. Mourelon

Domaine spectral

Relation entre longueur d'onde, célérité de la lumière et fréquence

Energie d'un photon

Quantification des niveaux d'énergie des atomes

Interaction lumière-matière

P. Mourelon