Catégorie : Tle S avant 2012

Retour sur la 1S pour le bac (III): La nomenclature de chimie organique

Posted on by Cédric Lémery

chimieUn petit point sur la nomenclature de chimie organique. Bien sûr, vous ne pouvez pas être interrogé sur ce point pour le bac (c’est une compétence de 1s et le bac ne concerne que les compétences exigibles au programme de terminale) mais vous devez savoir nommer les esters jusqu’à 5 atomes de carbone (voir p.102 du programme de terminal). Un petit rappel ne peut donc pas faire de mal.

Construire le nom : exemple des alcanes

Pour donner un nom à un alcane, on commence par compter le nombre de carbone de la chaîne carbonnée qui a le plus de carbone (si l’alcane est ramifié) et on lui donne comme nom en fonction du nombre de carbone :

methane (pour 1 carbone), éthane (2), propane (3), butane (4), pentane (5), hexane (6), heptane (7), octane (8), nonane (9), decane (10).

Dans le cas où l’alcane est ramifié, on rajoute avant le nom de la molécule : méthyl, éthyl, propyl, etc… selon le nombre d’atomes de carbone de la branche, précédé du numéro de l’atome de carbone qui porte la ramification.

Il faut commencer à numéroter de sorte à obtenir les plus petits nombres possibles

par exemple :

CH3-CH-CH3
.         |
.        CH2-CH3

il y a 4 atomes de carbones sur la chaîne la plus longue (c’était un piège) c’est donc un butane. Il y a une ramification avec un atome de carbone (méthyl) porté par le carbone n° 2. Le nom de la molécule est donc méthylbutane. Il n’est pas nécessaire mettre le 2 car il n’y a pas d’autre choix pour mettre un groupement méthyl sur un butane.

CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3
.         |               |
.         CH3        C2H5

Il y a 6 atomes sur la chaîne la plus longue : c’est un hexane. Il y a 2 ramifications, l’une avec 1 atome de carbone (méthyl) et l’autre avec 2 atomes (éthyl). Le nom complet est donc : 4-éthyl-2-méthylhexane

Lorsqu’il y a plusieurs ramifications, on les classe par ordre alphabétique. Lorsqu’il n’y a pas d’ambiguité sur la position de la ramification, on ne précise pas sa position. Exemple : dans le cas du méthylpropane, le groupement méthyl est forcément sur le carbone du milieu.

Exercice : les molécules suivantes sont mal nommées, corriger le nom : 2-méthylbutane, 3 propylpropane, éthylpropane

Les groupes caractéristiques

Un groupe caractéristique est un ensemble d’atomes composé :

  • soit d’atomes autres que des carbones et des hydrogènes
  • soit de liaisons doubles ou triples

Voici les différentes familles de molécules que l’on rencontre au lycée (où R, R’ et R » représentent des groupement alkyle, c’est à dire ne contenant que des atomes de carbone et d’hydrogène) :

Groupe caractéristique Famille Nomenclature : suffixe ou préfixe Exemple
C=C Alcène -ène Propène
R-OH Alcool -ol 2-méthylpentan-1-ol
R-X où X est un halogène (F,Cl, Br, I) Composés halogénés Fluoro-, iodo-, chloro-, bromo- 2-chloro-4-méthylpentane
R-CH=O Aldéhydes -al 3-méthylbutanal
R-CO-R’ Cétone -one 2-éthylpentan-3-one
R-COOH Acide carboxylique Alcool R-oïque Acide butanoïque
R-N-R’
|
R »		 Amine -amine Ethlyamine, diéthylamine
R-COO-R’ Ester R-oate d’R’-yle Pentanoate d’éthyle
R-CO-O-CO-R’ Anhydride d’acide Anhydride R-oïque R’-oïque Anhydride éthanoïque méthanoïque

Exercice : écrire la formule semi-développée des exemples du tableau ci-dessus.

Comment se préparer aux épreuves expérimentales ?

Posted on by Cédric Lémery

Labo ChimieC’est l’époque de l’évaluation des capacités expérimentales. Vous allez bientôt être convoqué à cette évaluation. Comment bien s’y préparer ?

Comme toute épreuve du bac, on s’y prépare tout au long de l’année. Il est impossible de réaliser les expériences chez soi et c’est durant les séances de TP en ayant pris soin de bien comprendre les expériences à réaliser que vous vous êtes entrainés.

Qu’est-ce qui va être évalué ? Tout ce qui concerne les capacités expérimentales du programme officiel. Ce sont les paragraphes en italiques intitulés « Savoir-faire expérimentaux » (voir ci-dessous).

Consultez donc toutes ces rubriques sur le programme et faîtes le lien avec ce qui a été fait en TP. Lorsque vous avez un doute sur une procédure, il doit y avoir à la fin de votre manuel des fiches méthodologique qui peuvent vous aider à les lever.

extrait programme physique-chimie

Sachez que c’est l’ensemble des professeurs de physique de votre établissement qui met en place cette évaluation. Vous serez donc évalué sur le matériel que vous avez utilisé tout au long de l’année.

Enfin, n’oubliez pas que bien que cette épreuve se déroule dans votre établissement, encadrée par les enseignants que vous connaissez (vous ne pouvez pas être évalué par l’enseignant de physique que vous avez eu cette année mais par n’importe quel autre enseignant de l’établissement, il est donc possible que vous l’ayez déjà eu durant les années précédentes) il s’agit d’une épreuve officielle du bac. Vous devez donc vous présentez muni de votre convocation et de votre carte d’identité.

N’oubliez pas également

  • votre blouse (de chimiste : manche longue) au cas où vous tomberiez sur un sujet de chimie et également un chouchou pour les cheveux longs,
  • votre calculatrice (pensez à avoir des piles de rechange),
  • votre trousse (cartouche d’encre de rechange, effaceur efficace),
  • et votre grigri favori (à garder dans la poche).

L’épreuve dure 1 heure, il n’est donc pas nécessaire d’apporter un en-cas et de l’eau, d’autant qu’il est interdit de boire ou de manger dans une salle de TP.

Bonne chance !

Que faut-il retenir de la 1ère pour l’épreuve de physique du bac ?

Posted on by Cédric Lémery

Tout bien sûr !

Mais il y a quelques sujets qui n’ont pas été traités en terminale et qui méritent qu’on y revienne.

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Commençons par la conductimétrie.

Généralement l’assistance est saisie d’effroi rien qu’à l’évocation de ce terme… Pourtant un an plus tard, ça devrait ne pas être si compliqué. Voyons ce qu’il faut retenir :

montage de conductimétrieUne solution ionique transporte du courant, on peut donc mesurer sa conductance G. Celle-ci est égale à l’inverse de la résistance (si la résistance est grande, la conductance est petite) : G=I/U. Cette grandeur s’exprime en Siemens (S, oui comme votre frigo mais c’est plutôt en hommage à Werner von Siemens). Elle dépend d’une part de la solution et d’autre part de l’instrument de mesure (surface S des électrodes et distances l entre les électrodes). C’est pourquoi on utilise généralement des cellules de conductimétrie. Cela permet d’accéder à une grandeur qui ne dépend plus que de la solution : la conductivité ? (en S.m-1).

On passe de ? à G à l’aide de la constante de solution que l’on détermine expérimentalement. Celle-ci est généralement notée k et exprimée en m-1, dans ces conditions, ?=k.G (ici k=l/S)

Si cette relation n’est pas donnée dans l’énoncé, il est demandé de la retrouver à l’aide des unités. Dans la vidéo, j’ai écrit G=k.?, dans ces conditions, k est en mètre(k=S/l).

La conductivité ? est une grandeur qui ne dépend plus que des ions en solutions, ainsi, elle s’exprime en fonction des ions présents en solution :

?=??i.[Xi]

où [Xi] représente la concentration des ions présent en solution (en mol.m-3) et ?i leur conductivité molaire ionique (en S. m².mol-1). Toute la difficulté de cette expression vient des unités de chacun de ces termes. Comme il s’agit d’une formule de physique utilisée en chimie, les concentrations ne sont plus exprimées en mol.L-1 mais en mol.m-3.
Comment fait-on pour convertir des mol/L en mol/m3 ?On multiplie par 1000. Pourquoi ? Il suffit de lire l’unité pour le comprendre : 1 mol/L veut dire « il y a une mole dans 1 L ». L’unité en mol/m3 est le nombre de mole dans 1 m3. Comme 1 m3 est égal à 1000 L, s’il y a 1 mol dans 1L, il y aura 1000 mol dans 1000L donc 1000 mol dans 1 m3. Ainsi, rappelez-vous :

1 mol/L = 1000 mol/m3

Voyons cela sur un exemple :

Dans une solution de chlorure de sodium (rappel : « solution de chlorure de sodium » = nom savant pour dire « eau salée ») de concentration en soluté apporté c=10-2 mol.L-1, [Na+]=10-2 mol.L-1 et [Cl–]=10-2 mol.L-1. Pour utiliser ces valeurs en conductimétrie, il va falloir les convertir en mol/m3 : [Na+]=10 mol.m-3 et [Cl–]=10 mol.m-3.

Dans une table, on trouve : ?Cl–=7,63.10-3 S. m².mol-1 et ?Na+=5,00.10-3 S. m².mol-1.

Ainsi, la conductivité d’une telle solution est : ? = ?Cl– [Cl–]+ ?Na+[Na+] =7,63.10-3 . 10 + 5,00.10-3 . 10 = 0,0763+0,0500 = 0,126 S.m-1.

Si l’on mesure la conductance de cette solution à l’aide d’une cellule dont la constante est égale à 100, on trouvera G=?/k=1,26.10-3 S = 1,26 mS. Autrement dit si l’on applique une tension de 1 V aux bornes de la cellule de conductimétrie, on mesurera une intensité I=U.G=1,26 mA.

Dans de prochains billets, j’aborderais les autres points évoqués dans la vidéo (équilibrer des équations d’oxydo-réduction et les notions d’énergie).

[Vidéo] L’analyse dimensionnelle

Posted on by Cédric Lémery

Après les chiffres significatifs, nous continuons les recommandations concernant l’épreuve de science physique du bac S.

L’analyse dimensionnelle est un point extrêmement important de l’élaboration des raisonnement en sciences physique. Le statut d’une équation n’est pas tout à fait le même en mathématique et en physique. Généralement, en mathématique, une égalité relie des grandeurs sans dimension (c’est à dire non mesurée). En physique, les équations relient des grandeurs « dimensionnées », c’est à dire mesurables. Ainsi, la dimension d’un des membres d’une équation doit être égale à la dimension de l’autre membre. Identifier cela est une seconde nature pour les physiciens (et les profs correcteurs du bac), et toute l’attention doit être portée sur ce point lors de la rédaction des copies. On ne peut pas écrire (par exemple) x=a où a est l’accélération. Car x est en m (mètre) et a est en m/s² (mètre par seconde au carré). C’est comme si on écrivait qu’une longueur était égale à une accélération.

L ‘analyse dimensionnelle est véritablement à la base de toute la physique, elle permet de faire des estimations des lois reliant les paramètres de l’expérience. C’est pourquoi, il est bien souvent demandé dans les sujets de bac d’effectuer une analyse dimensionnelle d’une formule donnée. En voici un exemple :

http://www.dailymotion.com/video/x2606m

Mais savoir effectuer une analyse dimensionnelle ne permet pas uniquement de répondre aux questions du sujet. Cela permet également de retrouver une formule ou de vérifier ses réponses, comme on peut le voir sur cette vidéo (il y a une petite erreur : j’écris « c » et je dis « quantité de matière », il faut comprendre « concentration »):

http://www.dailymotion.com/video/x260yo

Pour la petite histoire, lorsqu’en 1945, les physiciens qui travaillaient sur la bombe atomique à Los Alamos, virent la vidéo des premiers tests d’explosion nucléaire, ils purent estimer simplement l’énergie libérée par l’explosion en mesurant le temps de formation du nuage et par une analyse dimensionnelle accessible à n’importe quel étudiant de physique de niveau master alors que cette donnée était classée confidentielle !

Les chiffres significatifs

Posted on by Cédric Lémery

A l’issue d’un calcul, une grande attention doit être portée au nombre de chiffres significatifs apparaissant dans les résultats numériques. En effet, une grandeur numérique en physique n’a pas tout à fait le même statut qu’en mathématiques.

En physique il s’agit toujours de grandeurs mesurées et toute mesure est effectuée avec une certaine précision. Si je mesure la largeur d’une feuille A4 je trouverais 21,0 cm. Pourquoi préciser le zéro après la virgule ? Car la valeur mesurée est égale à 21 cm et 0 mm. Ainsi 21 cm (2 chiffres significatifs) n’a pas le même statut que 21,0 cm (3 chiffres significatifs). Puisque dans le premier cas, il y a une incertitude sur le nombre de mm qui suit alors que le second, il y a une incertitude sur les dixième de millimètre. Autrement dit, en physique, 21,0 cm = 21,0 cm +/- 0,5 mm.

Comment utiliser cette propriété des calculs numériques dans une copie de physique ? En prenant garde que le résultat d’une multiplication ou d’une division ne contienne pas plus de chiffres significatifs que la donnée qui en a le moins.

Parce qu’une vidéo vaut mieux qu’une longue page web :

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Quelques exemples d’utilisation :

2,0*8,15 = 16 alors que la calculatrice affiche 16,3

1,512e5*2,3 = 3,5e5 alors que la calculatrice affiche 347760 (=3,4776e5)

Bac Blanc : Sumatra 2004 – La correction

Posted on by Cédric Lémery

Correction du bac blanc « Sumatra 2004 »

I.1.a. Une onde mécanique est la propagation d’une perturbation d’un milieu matériel sans déplacement de matière.
I.1.b. Une onde longitudinale est une onde pour laquelle la perturbation du milieu matériel s’effectue dans la direction de propagation de l’onde.
I.1.c Les ondes sonores sont des ondes de compression, donc longitudinales. Les ondes P, ondes longitudinales, sont donc des ondes sonores.

Remarque : Les ondes matérielles transversales (comme les ondes S) ne se propagent pas dans les fluides (liquides et gaz). Il n’y a donc pas d’équivalent aux ondes S dans l’air. Le fait que les ondes S ne se propagent pas dans le noyau externe de la terre permet d’affirmer que le noyau externe est liquide. Sur le schéma, apparaît clairement les ondes L, ces ondes sont des ondes de surface, qui se sont propagées à la surface de la terre, contrairement aux ondes P et S qui se propagent en volume. Les ondes de surface propagent beaucoup plus d’énergie (l’énergie initiale se répartie sur un cercle alors que dans le cas des ondes de volume, l’énergie se répartie sur la surface d’une sphère) et sont donc à l’origine des dégats occasionnés par les séismes.

I.2.a. la relation entre le retard ? entre deux points situés à une distance d vérifie la relation :

célérité=d/?

ainsi, dans le cas des ondes S, Vs=d/ts ? ts=d/Vs
De la même façon, pour les ondes P, tp=d/Vp
I.2.b en multipliant la relation proposée par d, on obtient :

d/Vs-d/Vp=d/8 d’où ts-tp=d/8

Remarque : cette expression ne semble pas homogène puisque un temps (ts-tp) semble égal à une distance (d) ce qui est impossible. Cependant, il ne faut pas oublier que le 8 de cette expression n’est pas sans dimension. Dans l’expression 1/Vs-1/Vp=1/8, il apparaît que 8 a la dimension d’une vitesse. Ainsi, d/8 a pour dimension m/(m/s) ce qui est bien la dimension d’un temps.

I.2.c sur le sujet, on mesure 6,8 cm entre l’arrivée des onde P et des ondes S. Or, sur l’abscisse, 6,8 cm représente 20 min, on en déduit que le temps qui sépare l’arrivée des ondes P et des ondes S est de 20 min soit 1200 s.
Ainsi, le séisme a eu lieu à 9 600 km de Nice.

II.1.a Dans le sujet, il est dit que la longueur d’onde d’un tsunami est de 200 km. Ce tsunami s’est propagé sur un fond océanique de 3000 m = 3 km. Cette valeur est inférieure à un dixième de la longueur d’onde. On doit donc considérer que le tsunami s’est propagé en eau peu profonde. On ne peut pas considérer que le tsunami s’est propagé en eau profonde.

Remarque : c’est un point important de la physique, un objet n’est pas grand ou petit en soi, un phénomène n’est pas rapide ou lent en soi. Toute qualité d’un phénomène, d’une valeur (sa vitesse, son temps caractéristique, sa longueur) doit être comparé à une valeur de référence. Ici, un fond océanique de 3000 m est profond par rapport aux fonds mesurés sur les marges continentales. Mais cette valeur est faible lorsqu’on étudie un phénomène dont la taille caractéristique est de 200 km.

II.1.b En utilisant l’expression v=?(g.h), on trouve v=?(9,8×3000)=1,71×102 m/s=617 km/h
II.1.c célérité, longeur d’onde et période sont liées par la relation : c=?/T

d’où T=?/c=1,17×103 s = 19,5 min
f=1/T=8,55×10-4 Hz
II.1.d la distance entre l’épicentre et le Sri Lanka est de 1570 km (4,7 cm sur le document or 1500 km correspondent à 4,5 cm) , la célérité est 617 km/h, il a donc fallu 2,5 h au tsunami pour atteindre les côtes du Sri Lanka.
Il était donc possible (sur le papier) de prévoir l’arrivée du Tsunami.

Remarque : Dans la réalité, la communauté scientifique a très vite réalisé qu’un tsunami allait frapper les côtes avoisinantes. Le problème auquel a été confronté cette communauté est la rareté de ce phénomène dans cette région et l’absence de modèles prédictifs permettant de conclure quand à la dangerosité du Tsunami dans cette région. Certains spécialistes en la matière ont tenté de résoudre cette question dans le temps disponible entre la découverte du séisme et l’arrivée probable du tsunami mais c’était un challenge quasiment impossible que de résoudre une telle question (ce tsunami sera-t-il dangereux ?) en si peu de temps.
Ce calcul révèle un vrai dilemme pour les dirigeants d’un pays : doit-on lancer un bulletin d’alerte et créer des phénomènes de panique aux conséquences peut-être pire que le phénomène lui-même ou vaut-il mieux ne rien dire ?

II.2.a En s’approchant des côtes, le produit g.h diminue et la célérité v=?(g.h) diminue.
tsunami-coteII.2.b. L’énergie mécanique transportée par le tsunami existe sous la forme d’énergie potentielle. En s’approchant des côtes, la vitesse du front d’onde diminue et progressivement, le front d’onde « se fait rattraper » par l’arrière de la vague, ce qui diminue l’extension totale de l’onde. Ainsi l’énergie potentielle d’une masse de quelques dizaine de centimètres de haut répartis sur 200 km va se transformer sur une largeur plus petite en front d’onde de plusieurs dizaine de mètre de haut près de la côte.

II.3.a Lorsqu’une onde rencontre un obstacle, on observe le phénomène de diffraction.
II.3.b. Ce phénomène est conséquent lorsque l’obstacle a une taille caractéristique inférieure ou égale à la longueur d’onde.
II.3.c. Le Sri Lanka à une taille caractéristique proche de la longueur d’onde. L’onde a donc été à priori diffracté par l’obstacle et le point C n’est pas à priori protégé par le Sri Lanka.

En savoir plus sur les tsunamis : le dossier de futura-sciences.com sur les tsunami.

Bac Blanc : Le tsunami de Sumatra

Posted on by Cédric Lémery

Animation du tsunami (source : NOAA)Le 26 décembre 2004 une vague gigantesque de 25 mètres de haut a tragiquement dévasté les côtes de nombreux pays bordant l’océan indien provoquant la mort de plusieurs centaine de milliers de personnes. La cause de ce phénomène est un séisme a l’ampleur exceptionnelle (magnitude 9 sur l’échelle de richter) qui a eu lieu à la frontière entre 2 failles décrochantes le 26 Décembre 2004 à 0h58 (temps universel). De tels séismes sont extrêmements rares. Depuis 1900, les sismologues en ont enregistrés quatre seulement (voir le site de l’usgs).

Ce sujet inédit, compilation de plusieurs sujets et exercices, revient sur cet évenement et propose d’en comprendre quelques éléments clés à la portée d’un élève de Terminale S.

Il ne s’agit pas d’une épreuve de bac complète mais seulement d’un exercice sur 4 ou 5 points. L’épreuve de physique se déroulant en 3h30 et permettant d’obtenir 16 points (les 4 autres ayant été obtenus lors de l’épreuve d’évaluation des capacités expérimentales), un tel exercice devrait se faire en environ 1 heure. Je vous conseille d’essayer de tenir ce temps en travaillant également la rédaction.

Quelques rappels concernant ce dernier point :

  • Les résultats numériques doivent être exprimés en notation scientifique (a.10n où 1?a<10)
  • Le résultat d’un calcul ne doit pas avoir plus de chiffres significatifs que la donnée qui en a le moins (3,14159.2,3=7,2 n’en déplaise aux mathématiciens),
  • Un résultat numérique sans unité n’a aucun sens.

Pour bien jouer le jeu, il est préférable de ne pas regarder son livre ou ses notes de cours en faisant l’exercice. Par contre, il est important de bien noter tout ce qui vous a manqué pour répondre aux questions et tout ce que vous n’avez pas su retrouver. Vous saurez ainsi quels points doivent être travaillé dans vos révisions.

Bonne composition !

Le sujet : Bac Blanc : Sumatra 2004

La découverte de la radioactivité

Posted on by Cédric Lémery

La présentation powerpoint ci-après est une introduction au cours sur la radioactivité pour les terminales S.

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introduction à la radioactivité

A la fin du XIXème siècle, les éléments chimiques sont considérés comme immuables. Les lois de conservations qui sous-tendent les réactions chimiques montrent que les espèces chimiques sont constitués d’éléments fondamentaux qui se combinent et se recombinent selon les conditions expérimentales. La remise en question de cette immuabilité viendra par la découverte de la radioactivité. En 1895, Röntgen découvre les rayons X (ce qui lui vaudra un prix nobel en 1901). L’annonce de cette découverte pousse Becquerel à rechercher l’émission de ces rayons par les composés phosphorescents. Ses expériences mirent à jour, en 1896, un nouveau rayonnement émis par l’uranium même en l’abscence de lumière. Ces rayons U bien que similaire aux rayons X de Röntgen n’étaient pas du même type et incitèrent de nombreux physiciens à en découvrir la nature. Parmi eux, Pierre et Marie Curie (livres sur Marie Curie) découvrent 2 nouveaux éléments radioactifs : le polonium (nom donné en hommage aux origines de Marie) et le radium. Ils découvrent également que les rayonnements radioactifs se déclinent en trois types de rayonnement : les rayonnements alpha, beta et gamma. A l’époque la structure de la matière n’est pas encore très claire et l’origine de la radioactivité n’ést pas connue. En 1897, Thomson découvre que l’on peut arracher de petites particules chargée négativement à la matière : c’est la découverte de l’électron. 6 ans plus tard, en 1903, Rutherford découvre que la transmutation de la matière est à l’origine de la radioactivité. En bombardant des feuilles d’or à l’aide d’un rayonnement alpha, il découvre en 1908, que la masse de l’atome est portée par un noyau, bien plus petit que l’atome et chargé positivement. Il propose le modèle planétaire de l’atome dans lequel les électrons « orbitent » autour du noyau. Bien que permettant d’expliquer les résultats de son expérience de « bombarbement » d’atomes d’or par un rayonnement alpha, ce modèle d’atome n’est pas satisfaisant car instable : l’électron finirait par s’effondrer sur le noyau en quelques fractions de seconde… Il faut attendre 1913 pour que Niels Bhor rafine ce modèle en proposant une quantification des orbites électroniques. C’est le modèle de l’atome tel qu’il est enseigné dans le secondaire. Les raisons de cette quantification sont à rechercher du côté des modèles de la mécanique quantique, mais cela est une autre histoire…