Chantiers de Sciences

Halo-thermochromisme

Halochromisme : changement de couleur en fonction du pH

Thermochromisme : changement de couleur en fonction de la température

Lactone cristal-violet

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_1_fr.html

L’expression « matériaux chromiques » se réfère aux matériaux dont la couleur change en fonction d’un stimulus extérieur. Les matériaux chromiques sont alors nommés en fonction de ce stimulus :

· Photochromique : le stimulus extérieur est la lumière

· Thermochromique : le stimulus extérieur est la température

· Electrochromique : le stimulus extérieur est l’électricité

· Piezochromique : le stimulus extérieur est la pression

· Halochromique : le stimulus extérieur est le pH…

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_3_fr.html

Les matériaux ou composés dans lesquels les changements observables de couleur sont induits par un changement de température sont nommés thermochromes. Ce phénomène peut être réversible, (i.e. le matériau reprend sa couleur originelle après refroidissement) ou irréversible. Le comportement thermochrome peut être obtenu à partir de différents mécanismes :

· le transfert de charge,

· le champ cristallin,

· la modification de la structure chimique,

· les phénomènes physico-chimiques évoluant avec la température :

o les transitions de phase,

o les décompositions,

o la dilation thermique.

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier chromisme (1) – halo-thermo).

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Trois documents différents traitent du halo-thermochromisme, changement de couleur d’un leuco-colorant sous l’effet d’une variation de pH induite par une élévation de température.

Il s’agit d’interpréter la situation : un travail individuel préalable de repérage des éléments pertinents dans l’un des documents sera suivi d’une mise en commun en petit groupe avec production d’un poster synthétique qui sera présenté en grand groupe avec animation tableau pour affiner les propositions. Les petits groupes peuvent être constitués de façon que les trois documents soient exploités.

Les 3 documents de travail :

[1-halo-thermo-1.pdf] ; [1-halo-thermo-2.pdf] ; [1-halo-thermo-3.pdf]

Documents d’aide :

[chromismes.pdf] ; [bathochrome.pdf] ;

[lactones.pdf] ; [hybridation.pptx]

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier chromisme (1) – halo-thermo).

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Y a-t-il des trous dans l’eau ?

Auteur : Christopher Rowley

http://www.expertsmind.com/questions/molecular-view-of-solution-formation-30168442.aspx

Voici donc un chantier de science (niveaux collège par exemple) où on s’interroge sur l’existence de « trous » dans l’eau, mais aussi et surtout sur la validité d’un protocole et de l’interprétation des résultats…

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

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Document des consignes : [1-trous.pdf]

Fichier de résultats : [volumes.xlsx]

Diaporama : [eau-salee.pptx]

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

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Dihydrogène bio-inspiré

Crystal structure of [NiFe] hydrogenase

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenase

https://www.chemie.tu-berlin.de/fileadmin/i10_dr-lenz/PS-Hydrogenase.jpg

FromHydrogenases to Noble Metal–Free Catalytic Nanomaterials for H₂ Production and Uptake https://science.sciencemag.org/content/326/5958/1384.figures-only

Marc Fontecave. À la frontière de la chimie et de la biologie : biocatalyse et catalyse bio-inspirée. 

4. 3. La catalyse bio-inspirée : exemple de la production d’hydrogène

La biocatalyse est une autre branche scientifique qui peut et doit être mise à profit par l’industrie. Il peut s’agir d’utiliser les micro-organismes, comme c’est déjà largement le cas, ou des extraits d’enzymes qui y sont actives, pour adapter aux grandes échelles voulues par l’industrie les réactions à l’œuvre dans le vivant. Il peut par ailleurs aussi s’agir de « copier » la nature en développant des catalyseurs moléculaires qui reproduisent les sites actifs d’enzymes, mais en les adaptant à des objectifs industriels : c’est ce qu’on appelle la catalyse « bio-inspirée », dont nous allons donner un exemple, celui des catalyseurs de production et d’oxydation de l’hydrogène. Il s’agit d’un problème
de grande envergure du fait des perspectives d’épuisement des ressources énergétiques fossiles (pétrole, gaz). L’idée est de tirer parti de l’énergie dégagée par la réaction entre l’hydrogène et l’oxygène qui conduit à l’eau, réaction qui est très exothermique. Un « monde hydrogène » pourrait alors être envisagé. Ceci suppose que l’on soit capable de produire l’hydrogène dans des conditions économiquement bien meilleures que ce que l’on sait faire aujourd’hui. Les catalyseurs utilisés aujourd’hui reposent sur l’emploi de métaux précieux et ce seul fait interdit une exploitation industrielle des procédés. Or, on trouve dans le monde vivant des catalyseurs merveilleux pour la synthèse et l’oxydation
de l’hydrogène : ce sont les enzymes dénommées hydrogénases, qui convertissent l’eau en hydrogène ou inversement, et le font à de très grandes vitesses (une dizaine de milliers de cycles par seconde).

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Figure 14

On propose ici une sélection de documents sur le thème de la catalyse enzymatique pour la production et l’utilisation du dihydrogène et des procédés bio-inspirés à l’étude actuellement.

L’exploitation de ces documents peut prendre diverses formes comme par exemple dans ce qui suit.

Chaque participant reçoit deux documents différents. L’exploitation individuelle donnera lieu à une mise en commun en petit groupe de façon que l’ensemble des documents (ou une partie sélectionnée) s’y retrouvent. La production d’un poster synthétique est alors réalisée par le groupe.

Consigne 1 individuel (15 min)

Extraire (en surlignant ou soulignant) les éléments exploitables et pertinents permettant d’aborder la question des biocatalyses et catalyses bio-inspirée pour la production du dihydrogène.

Consigne 2 petits groupes (50 min)

Mettre en commun les éléments repérés et réaliser un poster synthétique et ordonné.

Les posters sont alors présentés au grand groupe, avec animation tableau.

Consigne 3 petits groupes (20 min)

Rédiger un document de synthèse présentant le problème et les éléments d’analyse ainsi qu’une conclusion.

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (2) bioinspire).

https://www.uoguelph.ca/foodscience/book-page/structure-casein-micelle

Acutissimin A – Polyphénol (tanin du vin)

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Collo%C3%AFde

Un colloïde est la suspension d’une ou plusieurs substances, dispersées régulièrement dans une autre substance, formant un système à deux phases séparées. Dans un fluide, il forme une dispersion homogène de particules dont les dimensions vont du nanomètre au micromètre. […]

 On distingue différentes catégories de colloïdes selon la nature des phases en présence :

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On connait bien le classement solide – liquide – gaz. Mais où allons-nous classer le dentifrice, la mayonnaise, l’encre ou le nuage ?

On propose ici l’étude de 6 systèmes colloïdaux.

1. Emulsions

Document de travail : [1-emulsions.pdf]

Aides : [amphiphile.pdf], [interactions.pdf], [micelles.pdf]

2. Pastis

Document de travail : [2-pastis.pdf]

3. Lait

Document de travail : [3-lait.pdf]

4. Nuages

Document de travail : [4-nuages.pdf]

5. Vin

Document de travail : [5-vin.pdf]

6. Or – argent

Document de travail : [6-or-argent.pdf]

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier colloides).

Solvants, interactions, dissolutions

D’après molecular view of solution formation

https://youtu.be/zePYWZ2AjnI

https://fr.wikipedia.org/wiki/Dissolution_(chimie)

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier solvants).

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1. Dissolutions

Document de travail : [1-dissolutions.pdf]

Documents d’aides : [solvants-solutions.pdf] ; [classification-solvants.pdf] ; [interactions.pdf]

Etude des mécanismes de dissolution selon les types de solvants.

2. Extraction

Document de travail : [2-extraction.pdf]

Elaboration et réalisation de protocole pour déterminer un coefficient de partage.

3. Relargage

Document de travail : [3-relargage.pdf]

Des exemples à interpréter.

4. Alternatives

Document de travail : [4-alternatifs.pdf]

Exploitation de documents.

Egalement disponibles : deux animations

http://www.cea.fr/multimedia/Pages/animations/physique-chimie/separation-par-extraction-liquide-liquide.aspx

https://youtu.be/zePYWZ2AjnI

Ainsi que des problèmes adaptés de problèmes de bac : dossier [problemes]

Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier solvants).

Spectroscopie d’absorption
infrarouge

http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_vibrational_spectrum.html

Spectre IR éthanol

http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/chemistry/analytical%20chem/infrared.htm

Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (2) IR).

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Trois approches de la spectroscopie infrarouge pour la détermination des groupes caractéristiques des molécules organiques.

1. Exploration

Document de travail : [1-exploration.pdf] et le corrigé : [1-exploration-corrige.pdf]

Documents d’aide : [energie-IR.pdf], [principe.pdf], [presentation-IR.pptx]

Extraits des spectres proposés :

Extrait du corrigé :

2. Réaction

Document de travail : [2-spectro-réaction.pdf]

Aide pour la recherche de spectres : [recherche-spectres.pdf]

3. Specamp

Exploitation de l’application Specamp de Serge Lagier

Document de travail : dossier [specamp], document [specamp.pdf]

Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (2) IR).

Spectroscopie d’absorption UV-Visible

Plusieurs approches de la spectroscopie d’absorption UV-Visible : niveaux d’énergies et bandes d’absorption, mésomérie et effet bathochrome, halochromisme et indicateurs colorés, bouteille bleue, loi de Beer-Lambert et titrage de la bétadine, suivi cinétique de réactions d’oxydo-réduction …

Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (3) UV-VIS).

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1. Raies et bandes d’absorption

Document de travail : [1-raies-bandes.pdf]

Document d’aide : [energies.pdf]

Documents de travail : [2-betadine-experimental.pdf], [2-betadine-etalonnage.xlsx]

Document d’aide : [beer-lambert.pdf]

Document de travail : [3-bathochrome.pdf]

Documents d’aide : [liaisons.pdf], [bathochrome.pdf]

Document de travail : [4-halochromisme.pdf]

Documents d’aide : [liaisons.pdf], [bathochrome.pdf]

Document de travail : [5-bouteille-bleue.pdf]

Documents d’aide : [liaisons.pdf], [bathochrome.pdf]

Voir aussi : https://www.ac-montpellier.fr/cid118541/l-experience-de-la-bouteille-bleue.html

Ou encore : http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/la-bouteille-bleue-798

6. Suivi cinétique

Document de travail : [6-permanganate.pdf]

7. Suivi cinétique – problème sans question

Document de travail : [7-cinetique-probleme.pdf]

On trouvera également…

– des animations et diaporamas (merci à Adrien Willm et Didier Labatut !).

– des problèmes (adaptés d’anciens problèmes de bac).

– une application [setup_Specamp.exe] de Serge Lagier, Alain Fruchier et Guy Bouyrie.

Tous les documents  indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier spectro (3) UV-VIS).

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http://www.knockhardy.org.uk/mechns.htm

Linus Pauling (1901 – 1994)

Cinq ateliers sur les mécanismes réactionnels.

Les consignes sont portées sur les documents de travail. Classiquement il s’agit d’une alternance de travaux individuels puis en petits groupeset de mises en commun en grand groupe avec animation tableau et apports magistraux nécessaires.

1. Estérification

Document de travail : [1-esterification.pdf]

2. Réactif de Grignard

Document de travail : [2-grignard.pdf]

et le corrigé [2-grignard-corrige.pdf]

3. Ether-oxyde

Document de travail : [3-ether.pdf]

4.Saponification

Document de travail : [4-saponification.pdf]

5.SN1 – SN2

Document de travail : [5-SN1-SN2.pdf]

Documents d’aide : [solvant] et [enantiomeres.pdf]

Ordre cinétique des réactions chimiques

http://uel.unisciel.fr/chimie/cinet/cinet_ch04/co/apprendre_ch4_01.html

Les travaux proposés traitent de l’ordre cinétique des réactions chimiques.

Les consignes sont portées sur les documents de travail. Classiquement il s’agit d’une alternance de travaux individuels puis en petits groupes et de mises en commun en grand groupe avec animation tableau et apports magistraux nécessaires.

1. Ordre 1

Prévision de l’allure d’une courbe cinétique.

Document de travail : [1-ordre1.pdf]

Documents d’aide : [vitesse-ordre.pdf], [math.pdf]

2. Détermination

Comment déterminer un ordre cinétique à partir de résultats expérimentaux ?

Document de travail : [2-determination.pdf], [2-peroxyde.xlsx], [2-saponification.xlsx]

Avec les corrigés : [2-peroxyde-corrige.xlsx], [2-saponification-corrige.xlsx]

3. Tertiobutyle

Une expérimentation classique : le suivi cinétique par conductimétrie de la solvolyse du chlorure de tertiobutyle. Et un exemple de traitement de résultats (ordre 1).

Document de travail : [3-tertiobutyle.pdf], [3-tertiobutyle.xlsx] 

Avec le corrigé : [3-tertiobutyle-corrige.xlsx]

Des documents complémentaires sont disponibles (dossier [complements]) : [conductivité.pptx], [solvant.pdf] et des exemples de problèmes [probleme-solvolyse.pdf], [solvolyse-verification.pdf], 

4. Ether-oxyde

Un autre exemple,
la synthèse d’un éther-oxyde avec traitement de résultats (ordre 2).

Document de travail : [4-ether.pdf], [4-ether.xlsx]

Avec le corrigé : [4-ether-corrige.xlsx]

5. SN1-SN2

L’exemple classique des substitutions nucléophiles avec une réflexion sur l’influence de l’encombrement stérique.

Document de travail : [5-SN1-SN2.pdf]

Documents complémentaires (dossier [animations-SN]) :[profil-SN1.swf] ; [profil-SN2.swf] ; [SN1.swf] ; [SN2.swf] Animations conçues et réalisées sous Flash par le CDIEC http://www.unice.fr/cdiec/

On trouvera également des supports pour la comparaison de la cinétique d’ordre 1 avec charge-décharge d’un condensateur (dipôle RC) ainsi que la décroissance radioactive (dossier [comparaisons]) : [radioactivite.pdf] ; [circuitRC.pdf] ; [modeles.pdf]

https://www.jdbn.fr/importance-de-lequilibre-acido-basique-lorganisme/

https://www.slideshare.net/DanaLuery/pathophysiology-fluid-and-electrolyte-imbalance

Les tampons acido-basiques : 3 études.

1. Réalisation d’un tampon

Document de travail : [1-tampon.pdf]

2. Etude expérimentale

Documents de travail : [2-etude-experimentale.pdf] ; [2-etude-experimentale.xlsx]

2. Tampon sanguin

Document de travail : [3-tampon-sanguin.pdf]