Cinétique (4) – Spectrophotométrie

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Suivi cinétique par spectrophotométrie dans le domaine du visible.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (4)).

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Deux types de travaux sont proposés :

– une élaboration de protocole pour la réaction d’oxydation de l’acide oxalique par le permanganate : [1-permanganate.pdf] ;

 

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– un problème sans question : [2-probleme.pdf].

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Dans les deux situations le travail individuel est suivi d’une mise en commun en groupe puis une collecte des propositions avec animation tableau.

On trouvera également deux compléments : [spectro.swf] et [spectro-visible.pptx].

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (4)).

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Cinétique (3) – Facteurs

Complexe activé

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Dans l’ouvrage de 1896* apparaît également une explication de la cause des vitesses des réactions : « Le fait qu’une réaction a besoin d’un certain temps pour s’accomplir démontre qu’à côté de la cause qui la produit, et que nous nommerons la force impulsive ou l’affinité, il y a une force retardatrice qui entre en jeu. » Parmi les facteurs explicatifs de cette force retardatrice, outre la probabilité de rencontre des molécules (autrement dit les chocs efficaces), on trouve l’orientation des molécules, la vitesse de déplacement des molécules dans le solvant et le déplacement (l’échange) d’atomes. Certains corps ou mélanges de corps peuvent ainsi exister dans un « état d’équilibre apparent ».

[…]

À la fin du XIXe siècle, les lois de vitesse ainsi que les notions d’ordre de réaction et
de molécularité ont été établies sur des bases expérimentales et admises par la communauté des chimistes. Van’t Hoff puis Arrhenius, qui ont adopté l’hypothèse atomique, commencent à modéliser à l’échelle moléculaire en considérant que la vitesse d’une réaction est liée aux collisions ou chocs entre les molécules. Lors de l’étude de l’influence de la température sur la vitesse d’une réaction, 
Arrhenius introduit dans le processus de réaction un stade intermédiaire, l’état d’activation, dans lequel certaines molécules, au prix d’une certaine absorption d’énergie, se trouvent dans un état exceptionnel différent de l’état moyen des molécules normales.

* Van’t Hoff J.H. (1896), Leçons de chimie physique professées à l’Université de Berlin, Traduction française de M. Corvisy, Hermann, Paris, 1898.

Alain DUMON. La naissance des concepts de la cinétique chimique au XIXe siècle. L’actualité chimique.

 

 

https://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/AUTRES/scientifiques/savants.htm

Jacobus Henricus VAN’T HOFF. Chimiste hollandais (1852-1911) – Prix Nobel de chimie en 1901. Premier Prix Nobel de chimie de l’Histoire, Van’t Hoff se fait remarquer dès ses 22 ans en publiant un mémoire expliquant la relation entre la structure des composés organiques et leur activité optique. Il propose également la géométrie tétraédrique du méthane et des composés apparentés. Il est ainsi, avec Achille Le Bel, un des principaux fondateurs de la stéréochimie. Ses études sur les relations entre température et vitesse de réaction poseront par la suite les bases de la cinétique chimique. Van’t Hoff reçoit son Prix Nobel pour la découverte des lois de la dynamique chimique et de la pression osmotique dans les solutions.

Svante August ARRHENIUS. Chimiste suédois (1859-1927) – Prix Nobel de chimie en 1903. Ses travaux sur la dissociation électrolytique constituent les bases de la chimie physique et de l’électrochimie. Il prouve que dans les solutions électrolytiques, les composés chimiques dissous sont dissociés en ions, même en l’absence de courant traversant la solution. Il démontre l’influence de la température et de la concentration des espèces activées sur la vitesse d’une réaction. La loi qui porte son nom met ainsi en évidence la variation de la constante d’équilibre d’une réaction chimique en fonction de la température. 

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 On étudie ici les facteurs, essentiellement la température et la concentration pour les réactions en solution, qui influencent la vitesse des réactions chimiques.

Une partie expérimentale qualitative permet d’observer les effets : [observations.pdf].

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Une construction théorique est abordée, avec notamment les notions de complexe activé, de choc efficace et de profil réactionnel : [interprétations.pdf]. Les documents [SN.pdf] et [mechanism.pdf] ainsi que des animations et diaporamas sont exploitables pour élaborer l’interprétation du rôle des facteurs cinétiques.

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Cinétique (2) – Iodométrie

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Peroxyde_d%27hydrog%C3%A8ne

Le peroxyde d’hydrogène possède à la fois des propriétés oxydantes par exemple vis-à-vis d’ions iodure et des propriétés réductrices par exemple vis-à-vis des ions permanganate. C’est un agent de blanchiment efficace. Il est utilisé comme antiseptique.

 

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Le peroxyde d’hydrogène a été isolé pour la première fois en 1818 par Louis Jacques Thénard en faisant réagir du peroxyde de baryum avec de l’acide nitrique. Le procédé a pu être amélioré en utilisant de l’acide chlorhydrique à la place de l’acide nitrique, suivi par l’ajout d’acide sulfurique pour précipiter le sulfate de baryum comme sous-produit. Le procédé Thénard est utilisé de la fin du xixe siècle jusqu’au milieu du xxe siècle.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (2)).

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On étudie ici la cinétique d’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée (peroxyde
d’hydrogène) ; on procède par dosage en continu du diiode formé par le thiosulfate S2O32-.

 

 

Deux versions sont disponibles.

 

– Un travail classique avec l’énoncé du protocole et les questions d’exploitation : [1-iodométrie.pdf].

 

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– La même situation présentée sous forme d’élaboration de protocole : [2-iodométrie.pdf].

 

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Cinétique (1) – Conductimétrie

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Le terme de conductimétrie désigne une méthode de mesure des propriétés conductrices d’une solution qui permet notamment de déterminer la concentration des ions. La conductimétrie peut alors être mise en œuvre pour des titrages (par précipitation, échange de proton ou complexation par exemple). On peut aussi l’utiliser pour l’étude de la cinétique de certaines réactions.

Il s’agit ici du suivi d’une cinétique chimique par conductimétrie. La réaction, classique, concernée est la solvolyse du chlorure de tertiobutyle.

chlorure de tertiobutyle

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (1)).

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Trois formules sont proposées.

 

– Un travail de laboratoire présenté de façon classique : document [1-conductimetrie.pdf].

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– Le même sujet mais abordé sous l’angle de l’élaboration de protocole et de réflexion sur les questions théoriques abordables : document [2-conductimetrie.pdf] ; les propositions élaborées individuellement sont mise en commun en groupe puis mutualisées avec animation tableau.

 

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– La présentation du sujet sous la forme d’évaluation des compétences expérimentales (E.C.E.), comme outil d’entraînement à cette épreuve : document [3-conductimetrie.pdf].

 

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Des documents d’aide sont également disponibles : [conductivite.pdf], [solvant.pdf], [SN.pdf].

 

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SN

 

On trouvera aussi un sujet type bac  [probleme-solvolyse.pdf] et son corrigé, ainsi qu’une activité sous forme de vérification de document [solvolyse-verification.pdf].

 

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Des animations illustrent les mécanismes des substitutions nucléophiles : [SN1.swf], [SN2.swf], [profil1.swf], [profil2.swf].

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Titrages

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https://www.atlanticlabo-ics.fr/

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On aborde ici les titrages acido-basiques (échanges de protons). Il s’agit d’un travail préparatoire aux activités de laboratoire.

 

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

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Document de travail : [1-titrages.pdf]

 

La consigne donnée au document de travail est d’abord individuelle : il s’agit de mettre au point des protocoles de titrage d’acides ou bases de produits commerciaux. Trois méthodes sont envisagées et documentées : pHmétrie, conductimétrie et colorimétrie.

 

titrages

Les propositions élaborées sont mises en commun en petit groupe (ce qui peut donner lieu à la réalisation d’affiches de résumé) puis mutualisées en grand  groupe avec animation tableau.

 

Documents d’aide : [2-documents.pptx] ou [2-documents.pdf],ou bien 

[données.pdf] ; [vinaigre.pdf] ; [graphes.pdf] [exemples.pdf] indicateurs.pdf] ; [incertitudes.pdf].

 

données

vinaigre

indicateurs

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incertitudes

corrigegraphes

exemples

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Dihydrogène

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https://www.ouest-france.fr/economie/transports/train/sncf-l-hydrogene-la-prochaine-revolution-ferroviaire-6080562 Le régiolis hybride pourrait rouler sur certaines lignes TER en 2024.

©ALSTOM/DESIGN AND STYLING

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– Et qu’est-ce qu’on brûlera à la place du charbon ?

– L’eau, répondit Cyrus Smith.

– L’eau, s’écria Pencroff, l’eau pour chauffer les bateaux à vapeur et les locomotives, l’eau pour chauffer l’eau !

– Oui, mais l’eau décomposée en ses éléments constitutifs, répondit Cyrus Smith, et décomposée, sans doute, par l’électricité, qui sera devenue alors une force puissante et maniable, car toutes les grandes découvertes, par une loi inexplicable, semblent concorder et se compléter au même moment. Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir. Un jour, les soutes des steamers et les tenders des locomotives, au lieu de charbon, seront chargés de ces deux gaz comprimés, qui brûleront dans les foyers avec une énorme puissance calorifique.

Ainsi donc, rien à craindre. Tant que cette terre sera habitée, elle fournira aux besoins de ses habitants, et ils ne manqueront jamais ni de lumière ni de chaleur, pas plus qu’ils ne manqueront des productions des règnes végétal, minéral ou animal. Je crois donc que lorsque les gisements de houille seront épuisés, on chauffera et on se chauffera avec de l’eau. L’eau est le charbon de l’avenir.

Jules Vernes. L’île mystérieuse. 1875.

 

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

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Trois thèmes sont abordés à propos du dihydrogène :

 

1. L’électrolyse de l’eau

Document de travail : [1-electrolyse.pdf] et [1-corrige.pdf]

 

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2. Les piles à combustible 

Document de travail : [2-piles.pdf] et [2-corrige.pdf] (ou [2.corrige.pptx]

Un problème sans question (d’après un sujet de bac) : [2-probleme.pdf] et [2-probleme-corrige.pdf]

 

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3. La photo-électrolyse de l’eau

Document de travail : [3-photo-electrolyse.pdf] et [3-corrige.pdf]

 

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Les documents de travail donnent la consigne pour le travail individuel. Ce dernier est suivi d’une mise en commun en groupe (avec éventuellement production d’une affiche de résumé) puis une collecte et discussion des propositions sous forme d’animation tableau.

La troisième partie aborde le sujet des semi-conducteurs (ici TiO2) pour la mise en œuvre de cellule de photo-électrolyse de l’eau (avec aussi un calcul de longueur d’onde de photon). Les travaux sont abordables en Première ou Terminale S, voire même pour certains en Seconde.

Un texte complémentaire [4-hydrogene-vert.pdf] est également disponible pour la discussion de l »optimisme vert » à la jules Vernes…

 

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Affinage

Cuivre

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http://www.prix-cuivre.com/info/transformation/affinage/

L’affinage électrolytique

Cette technique utilise la réaction naturelle du cuivre transformé en cathode à partir d’une anode soluble. En utilisant la chimie nécessaire pour passer de l’anode à la cathode, seul le cuivre sera récolté et les autres éléments qui ne réagissent pas au cours de cette étape. Malgré une utilisation intelligente de ce procédé chimique, le cuivre obtenu ne sera pas pur immédiatement. Les cathodes vont alors être refondues afin de subir plusieurs transformations et obtenir un cuivre pur à 99,9% ou à un pourcentage supérieur. C’est à ce moment précis que le cuivre pourra être vendu aux différentes industries et constituer un grand nombre d’objets.

Les trois types de cuivres obtenus

L’affinage permet de dégager trois types de cuivre différents. Le cuivre Cu-a1 est intéressant à cause de sa conductibilité électrique exceptionnelle mais il ne supporte pas les traitements supérieurs à 400 degrés compte tenu de la présence d’hydrogène à l’intérieur. Le cuivre Cu-b1 possède pour sa part une faible conductibilité électrique mais est idéal pour être déformé et constituer des produits aux formes différentes. Il peut également être soudé très facilement et permettre de constituer des créations à base de cuivre dans différents domaines d’applications. Le cuivre Cu-c1 ne présente plus du tout
d’oxygène donc il est parfait pour des réalisations spécifiques qui demandent une qualité de cuivre importante. Les trois cuivres sont proposés aux industries qui choisissent celui qui correspond le plus aux projets de fabrication d’objets.

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Didier DescouensChalcopyrite sur quartz – Ancienne collection de la Faculté de pharmacie de Paris
N°3998. 
District de St Agnes, Cornouailles, Angleterre.

La chalcopyrite est une espèce minérale composée de sulfure double (35 % massique), de cuivre (34,5 %) et de fer (30,5 %), de formule CuFeS2.

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Il s’agit ici de la préparation d’un protocole de vérification quantitative de la technique d’affinage électrolytique du cuivre.

Sur le même thème on pourra également consulter : Avogadro

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

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Documents de travail : [affinage.pdf]

Documents d’aide : animation [electrolyse.swf] et [information.pdf]

affinage

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Le document de travail donne les deux consignes de travail individuel.

Interprétation de l’électrolyse à anode soluble qui permet l’affinage du cuivre.

Elaboration d’un protocole de vérification quantitative.

Chacun de ces travaux individuels donnent lieu à une mise en commun en groupe puis une récolte des propositions avec animation tableau et discussion.

 

On trouvera également un exemple de protocole [exemple.pdf] et un corrigé [corrige.pdf].

Ce travail préparatoire est évidemment suivi de la mise en œuvre du protocole.

 

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