| Thèmes | Contenus | Référence à la vie quotidienne/ Procédés possibles |
| 1 Introduction | 1.1 Introduction à la chimie | - Visite d'une entreprise chimique - Distillation du pétrole - Traitement des eaux usées - Filtration - Chromatographie |
| 2 Structure de la matière | 2.1 Atomes (Eléments) Symbole des éléments Masse atomique, masse atomique relative Particules élémentaires (Proton, neutron,électron) Nombre atomique Nombre de masse Isotope Modèle atomique (appliqué aux 20 premiers éléments) Répartition par couches 2.2 Molécules Masse moléculaire 2.3 Ions simples |
- Isotopes en médecine - Méthode du C14 - Deutérium - Utilisation des modèles moléculaires - Exemple Na+, Cl-, O2-, etc |
| 3 Chimie quantitative | 3.1 La mole Masse molaire Calculs simples 3.2 Volume molaire Volume d'une mole, d'un gaz CNTP sera donnée sans justification comme égal a 22,4 dm3 |
- Nombre d'Avogadro (1 mol = 6x1023 particules) |
| 4 Classement périodique | 4.1 Présentation du classement périodique 4.2 Relation entre structure électronique et place dans le classement périodique Groupes principaux |
- Déduction à partir de groupes d'éléments et des masses atomiques - Approche historique - Comparaison de la réactivité des éléments dans les groupes principaux |
| 5 Réaction chimique | 5.1 Loi de la conservation de la masse Ectiture des équations chimiques équilibrées Calculs simples stoechiométriques 5.2 Réaction endothermique et exothermique 5.3 Vitesse de réaction Facteurs influent la vitesse (concentration, température, état de division, catalyseurs) |
- Utilisation dans les calculs de la notion de mole - Combustion - Production d'énergie - Dissolution - Action d'un acide sur un métal - Conservation des aliments - Corrosion - Explosion de poudres - Expériences qui mettent en évidence les effets de ces facteurs |
| 6 Liaison chimique |
6.1 Liaison ionique 6.2 Liaison covalente Liaison simple Liaison double Liaison polaire 6.3 Liaison métallique |
- Comparaison des propriétés des composés ioniques et covalents (solubilité, conductibilité, température d'ébullition, etc.) - Exemple: H2, Cl2 - Exemple: CO2 - Exemple: H2O - Propriétés des métaux en rapport avec le modèle d'électrons libres (conductibilité thermique, conductibilité électrique, etc. |
| Thèmes | Contenus | Référence à la vie quotidienne/ Procédés possibles |
| 1 Oxydation-réduction | 1.1 Réactions redox Réactions de transfert d'électrons Oxydant;Réducteur 1.2 Equations de réactions redox Ecrire et équilibrer des équations redox simples 1.3 Application l'électrolyse La pile |
- Faire l'électrolyse de l'eau, de CuCl2, ou PbCl2 - Différentes piles; pile à l'oxyde de mercure |
| 2 Acides - Bases | 2.1 Définition d'un acide et d'une base L'acide libére en solution l'ion H+ La base libère en solution l'ion OH- Propriétés communes aux acides Propriétés communes aux bases Préparation d'un acide Préparation d'une base Identifiaction d'acides et de bases à l'aide d'un indicateur coloré Echelle de pH 2.2 Molarité Concentrations expriméses en mol/dm3 2.3 Dosage Dosage d'un acide par une base Etude qualitative 2.4 Sel Importance des sels Formation de sels Acide + base Acide + métal non noble Métal + non métal |
- Etude de la digestion - Exemples d'acides et de bases non organiques et organiques - Etude d'un acide et d'une base au choix (Hcl; CH3COOH; H2SO4; HNO3; NaOH; NH3) - Pas de définition de la valeur du pH - Calculs simples - Sel marin, engrais, ciment, platre |
| 3 Chimie Organique | 3.1 Introduction Importance de la chimie organique 3.2 Séries homologues Alcanes et alcènes Formules brutes et formules développées Nomenclature C1 - C10 Isomérie 3.3 Hydrocarbures réactions des alcanes Combustion (calculs) Substitution Réaction des alcènes Addition (Br2) Polymérisation 3.4 Dérivés oxygénés Alcools (groupe fonctionnel et nomenclature) Acide (groupe fontionnel et nomenclature Oxydation d'un alcool (primaire) en acide carboxylique Réaction d'estérification Réaction d'hydrolyse |
- Approche historique - Pétrole et charbon - Propriétés de l'atome de carbone - Octane, Isooctane - Carburants - CFC, importance pour l'environnement - Importance des polymères (PE,PP,PVC,Polystyrène) - Fabrication du vin - Problèmes de l'alcoolisme - Acide formique et acide acétique - Fabrication du vinaigre à partir du vin - Alcootest - Arômes - Alimentation, Détergents, savons |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 1.1. Shells and sub-shells of electrons. 1.2. Periodicity of properties of the elements 1.3. Orbital model |
Electronic energy levels derived from ionisation energies. Quantisation of electron properties "Electrons in Boxes" and Electronic configuration. Electronic configuration and the Periodic Table, s,p,d and f blocks. Atomic radii, oxidation numbers, electronegativities and ionisation energies Probability distribution of electrons Electron clouds of s and p orbitals |
Emission spectra of hydrogen and other elements. Quantum Numbers and their significance Pauli's exclusion principle. Study of graphs of various properties against atomic number eg. density, boiling point, melting point, etc. Simple deductions from the wave particle nature of the electron without mathematical treatment. Heisenberg's Uncertainty Princip |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 1. Covalent and ionic Bonding 2. Coordinate bonding 2.3. Metallic bonding 2.4 Intermolecular bonding |
Formation of molecular orbitals. Bond lengths, bond angles, shapes of molecules. Covalent lattices. Polarity of a covalent bond, electronegativity differences and ionic character. Formation of ions, ionic radi, ionic lattices, coordination number. Comparison of properties of covalent and ionic compounds. Dative covalent bonding in molecules and ions. Formation and properties of complex ions. Lattice and "Sea of electrons". Mechanical and other physical properties of metals. Van der Waals' forces. Dipole-dipole attractions. Hydrogen bonds. Intermolecular forces and properties. |
Theoretical consideration of formation of H2+ and H2 Stabilisation of molecules due to delocalisation of electrons in inorganic compounds (oxides non-metals). Graphite and diamond Polarisation of ions, Fajan's Rules. eg. hardness, solubility, conductivity, melting point. eg. Al2Cl6, CO,H3O+, NH4+, NO3, SO42- Structure and coordination number of aquo- and ammino-complexes , water of crystallisation. Stability, ligand exchange, protolysis. Applications and importance in biology, photography etc. Cubic close packing, hexagonal close packing and body cubic struture and their density. Thermal and electrical conductivity, hardness, malleability, ductility. Modification of metal properties by alloying. Melting point, boiling point, density solvent properties with particular reference to water. |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 3.1. Non-metals 3.2. Metals from the main Groups 3.3 Metals from the transition series. |
Illustrated by the detailed treatment of a minimum of one non-metal, one main Group metal and one transition metal. Consider the structure, reactivity, production and the applications of the elements and their most important compounds |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 4.1. Enthalpy 4.2. Hess' law 4.3. Bond energy .....Lattice energy and solvation energy |
Defination of standard enthalpy change standard enthalpy change reaction standard enthalpy change formation standard enthalpy change formation and stability. Determination of standard enthalpy change formation. Estimation of standard enthalpy change from bond energies Chemical structure and bond energies. Born-Haber cycle (energy cycle for the formation of an ionic lattice). Heat of solution as a balance between lattice energy and hydration energy. |
e.g. Benzene. |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 5.1. Order and mechanisme of a reaction 5.2. Collision Theory, activated complex 5.3. Catalysis |
Definition of reaction rate. Mechanisme of reaction and rate equation. Reactions of first and second order. Influence of temperature on rate of reaction Activation energy. The effect of a catalyst on the activation energy of a reaction |
Use of rate equation in determining the mechanisme of a reaction. Detailed mathematical treatment not required. Arrhenius Equation not required. At least one example of homogeneous and one example of heterogeneous catalysis. |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 6.1. Equilibrium Law, Kc, Kp 6.2. Factors influencing an equilibrium |
Statment of the Equilibrium law for specific reactions Determination of K. K values and position of equilibrium. Influence of pressure and concentration on the position of equilibrium. Influence of temperature on the equilibrium constant Applications in synthesis |
Equilibria in the gas phase require some knowledge of the Gas Laws. Qualitative treatment only. Industrial syntheses eg NH3, H2SO4. |
| TOPIC | CONTENT | SUGGESTED APPROACH |
| 7.1. Determination of the structure of an organic compound 7.2. Hybridization of carbon in aliphatic and aromatic hydrocarbons. 7.3. Introduction to reaction mechanism. 7.4 Introduction to synthetic polymers. |
Determination of empirical formulae by combustion analysis. Determination of formula mass. Applications of mass spectrometry and infra-red spectroscopy to the determination of structures. Sp3, Sp2 and Sp hybridization. sigma and pie bands, Energy, lengths and angles of bonds. delocalisation of electrons in butadiene and benzene Alkanes, alkenes and alkynes: relation between structure and physical properties. Origin, production and use of economically important hydrocarbons and their halogeno derivatives. Free radical substitution. Electrophilic addition, Markovnikov's Rule. Electrophilic substitution of benzene. Nucleophilic substitution. Polymerization reactions. Structure, properties and economic importance. Thermoplastics, thermosetting plastics, elastomers. |
Study of at least one classica method. Principles of methods and interpretation of spectra. Alkanes and halogens. Alkenes, alkynes and halogens. Halogenation, nitration, Friedel-Crafts reaction. Hydrolysis of halogenoalkanes. Polythene, PVC, polystyrene, bakelite. |
| Thèmes | Contenus | Procédés possibles |
| 1-1 Définitions de Broensted 1-2 pH des solutions aqueuses |
Acidité et basicité selon Broensted: transfert de protons. Couples acide/base conjugés: ex HX/X- (Xhalogène); NH4+/NH3; H3O+/H2O; H2O/OH- Force relative des acides et des bases inorganiques: explication basée sur la structure développée (énergie de liaison, électronégativité). Exemples des séries: NH3, H2O, HF, HCl, HBr, HI Caractère amphothère de l'eau et d'autres espèces chimiques: NH3, HSO4-, H2PO4-. Produit ionique de l'eau et sa variation avec la température. définition du pH. Mesures du pH. Indicateurs colorés et pH-mètres (sans justification théorique ni détails techniques) Acides et bases fortes. Acides et bases faibles. Comportement des composés ioniques dans l'eau: NaCl, NH4Cl, NaHCOO. Dissociation et hydrolyse. Calculs de pH de solutions aqueuses d'acides et de bases forts. Définitions de Ka, Kb, pKa, pKb, relation entre Ka et Kb. Classification des acides et des bases en fonction de leur Ka et de leur Kb. Calculs mettant en jeu les constantes Ka et Kb, la concentration et le pH pour des monobases et monoacides faibles. Indicateurs colorés en tant que couples acide/base faibles. Relation entre zone de virage et pKa de l'indicateur. Dosages: - monoacide fort/monobase forte - monoacide fort/monobase faible -monoacide faible/monobase forte Tracé et exploitation des courbes de dosage: - détermination du point d'équivalence par la méthode des tangentes. Demi-équivalence Obtention, propriétés et pH d'une solution tampon |
Expériences: mise en évidence des différences de ph pour des solutions d'acides/bases forts et faibles de même concentration. Comparaison des pH d'un acide faible et d'un acide fort à différentes concentrations. Détermination de la constante d'acidité de l'acide éthanoïque. Dosage de l'ion HCO3- d'une eau minérale par une solution d'acide chlorhydrique. On pourra considérer le cas des polyacides et des polybases Utilisation de logiciels. Exemple d'un mélange équimolaire de CH3COOH et CH3COONa. |
| Thèmes | Contenus | Procédés possibles |
| 2-1 Réactions d'oxydo-réduction.. 2-2 Potentiels d'oxydo-réduction. 2-3 Applications 2-3-1 Dosages d'oxydo-réduction 2-3-2 L'électrolyse comme réaction forcée d'oxydo-réduction. 2-3-3 Piles |
Transfert d'électrons dans une réaction d'oxydo-réduction. Oxydant, réducteur et couple ox/red. Définition et règle d'attribution du nombre d'oxydation d'un atome. Ecriture des réactions d'oxydo-réduction par l'utilisation des demi-équations électroniques et par les nombres d'oxydation. Piles de type Daniell. Représentation conventionnelle. Définition du potentiel d'oxydo-réduction d'un couple ox/red comme différence de potentiel électrique entre le couple et l'électrode standard à l'hydrogène Dans les xercices, les potentiels seront considérés comme égaux aux potentiels standard. Utilisation des potentiels standard d'oxydo-réduction à la prédiction du sens de la réaction entre deux couples ox/red. Principe d'un dosage d'oxydo-réduction Electrolyses de NaCl fondu, NaCl en solution aqueuse, Al2O3 fondu, purification du cuivre brut, galvanisation. Calculs relatifs à l'électrolyse. Principe d'une pile et d'un accumulateur. représentation conventionnelle. Calculs relatifs aux piles. Protection du fer vis à vis de la corrosion par création d'une pile électrochimique |
Parallélisme avec les couples acide/base. Action d'un métal sur un ion métallique (fer et sulfate de cuivre etc.) Action d'un acide sur un métal (magnésium et acide chlorhydrique etc.) Manganate (VII) de potassium et éthanol Mesure du potentiel standard d'un couple ox/red à l'aide d'une électrode à hydrogène de référence (Cu2+/Cu etc.) Dosage du peroxyde d'hydrogène par l'ion permanganate. (ou acide oxalique par l'ion permanganate, ion iodure par l'ion thiosulfate, ion fer II par l'ion permanganate etc.) Electrolyse de l'eau Electrolyse d'une solution de sulfate de cuivre avec des électrodes de cuivre Accumulateur au plomb Accumulateur Cd-Ni Protection du fer par le magnésium |
| Thèmes | Contenus | Procédés possibles |
| 3-1 Alcanols 3-2 Aldéhydes et cétones 3-3 Acides carboxyliques 3-4 Isomérie optique 3-5 Graisses et huiles, savons, détergents 3-6 Amines 3-7 Composés polyfonctionnels 3-7-1 Acides aminés 3-7-2 Glucose 3-7-3 Aspirine |
Monoalcanols: isoméries, nomenclature. Exemples d'alcane-polyols: éthane-1,2-dio et propane-1,2,3-triol Etude des propriétés physiques en relation avec la structure: solubilité dans des solvants polaires et non polaires, température de changement d'état. Etude des propriétés chimiques: 1) liées à la rupture des liaisons O-H (réaction avec le sodium, estérification) 2) liées à la rupture de la liaison C-O: réaction avec HBr Déshydratation (en présence d'acide sulfurique ou d'un catalyseur tel que l'alumine) avec formation d'éther ou d'alcène Oxydation des alcanols primaires et secondaires. Comparaison des propriétés acides du phénol et des alcanols. Influence des effets inductif et mésomère sur les propriétés acides du phénol et des alcanols. Isomérie, nomenclature. Etude des propriétés physiques en relation avec la structure: solubilité dans des solvants polaires, températures de changement d'état. Etude des propriétés chimiques: Caractérisation du groupe carbonyle par la DNPH. Réduction du groupe carbonyle en présence de Ni. Distinction entre aldéhydes et cétones par l'oxydation (liqueur de Fehling et réactif de Tollens) Nomenclature. Isoméries Etude des propriétés physiques en relation avec la structure: solubilité dans des solvants polaires et non polaires, températures de changement d'état Etude des propriétés chimiques Acidité: stabilisation par effet mésomère, effet inductif des substituants et comparaison des pKa. Obtention d'un chlorure d'acide. Estérification et hydrolyse de l'ester. Mise en évidence isotopique de la position de la rupture de la liaison. Obtention d'un polyester. Carbone asymétrique (molécules chirales) représentation de Fisher., énantiomères, mélamge racémique. On se limitera aux composés du programme à un seul carbone asymétrique. Les graisses et huiles comme esters du propane-1,2,3-triol et d'acides à longues chaînes carbonées saturées et insaturées. Etude des propriétés physiques en relation avec la structure: solubilité dans des solvants polaires et non polaires, températures de changement d'état. Etude des propriétés chimiques Hydrogénation Saponification. propriétés nettoyantes des savons. Comparaison des détergents de synthèse et des savons: structure d'un sel d'acide alkylsulfonique, sensibilité à la dureté de l'eau. Biodégradabilité. Nomenclature, isoméries. Etude des propriétés physiques en realtion avec la structure: solubilité dans des solvants polaires et non polaires, températures de changement d'état. Etude des propriétés chimiques Caractère basique du groupe amine: Influence des radicaux alkyle et aryle (effets mésomères et inducteurs). Comparaison des pKa. Obtention d'un amide primaire et application à la formation des polyamides. Nomenclature, isoméries. Structure d'un alpha-aminoacide (zwitterion): glycine, alanine. Etude des propriétés physiques en relation avec la structure: solubulité dans l'eau, températures de changement d'état. Etude des propriétés chimiques caractère amphotérique dans l'eau: espèces majoritaires en fonction du pH. Formation des peptides et polypeptides. Structure primaire des protéines Structure en chaîne ouverte et cyclique. Solubilité, oxydation parles réactifs de Fehling et de Tollens. Dimérisation: maltose Polymérisation: amidon. Fonction ester et fonction acide. |
Réactions des isomères du butan-1-ol avec le sodium Oxydation des isomères du butan-1-ol par l'ion permanganate en milieu acide. Comparaison des réactions de l'éthanal et de la propanone. Formation d'éthanoate de butyle butan-2-ol, acide lactique activité optique. Nettoyage à sec Préparation de margarine Préparation d'un savon Fabrication d'un nylon. Miroir d'argent. |
Paul Weber, Jean-Marc Frantz Département des Sciences 162A avenue de la Faïencerie L-1511 LUXEMBOURG tel (+ 352) 46 66 44 354 fax (+ 352) 46 66 44 355 e-mail: weber@cu.lu (WEBER Paul)