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🎯 Renseignements d'examen — captés dans la bouche du prof
- 💣 Ouverture de séance 3 : « C'est très très fort probable qu'il y a une question sur un calcul de concentration à l'examen. La seule manière de vraiment comprendre ce chapitre, c'est de faire des exercices. » Et en séance 4 il récapitule : « il y aura très probablement deux questions sur les concentrations ».
- 🎁 Sur la loi du gaz parfait : « Si vous avez besoin dans l'examen de cette loi du gaz parfait, je vous la donne. » → PV = nRT sera fourni, pas à mémoriser — mais il faut savoir s'en servir (unités SI !).
- 📏 Sur l'exercice N₂/O₂ complet : « Exactement cet exercice, je ne vais pas le poser à l'examen, c'est trop long. Mais c'est possible qu'on ait des questions sur les pressions partielles. » → maîtriser les briques courtes (x = P/Ptot, n = PV/RT).
- ⚠️ Répété deux fois : « Vous n'avez pas le droit de faire des erreurs [de concentration], ça peut avoir des conséquences dramatiques » (exemple réel : la dame brûlée à 98 % par l'eau de Javel trop concentrée).
- 🎯 Buts officiels (diapo 1) : classifier la matière · méthodes de séparation · changements d'état et chaleurs transférées · structure de l'atome + symbole atomique · composition chimique du corps humain · masse atomique, mole, nombre d'Avogadro, masse molaire · calculs de concentrations (solution et gaz).
- 🏛️ Preuve annales : la dilution c₁V₁ = c₂V₂ est tombée telle quelle en 2021 (Q42) et en 2023 couplée au pH ; gaz parfait en K' (2021), pression partielle de CO₂ en physio (2021), tables en mol/L partout en cinétique.
Les 8 notions du chapitre — décortiquées diapo + oral
N1Hiérarchie de la matière & mélangesd.2–7
Les niveaux d'organisation : des quarks aux organismesd.3
📊 DIAPOSÉchelle montante : quarks → nucléons → noyau → atomes → molécules et cristaux → macromolécules → cellules → organismes. Frontière matière inanimée (jusqu'aux macromolécules) / matière vivante (cellules, organismes). La chimie travaille au niveau atomes–molécules.
🎙️ ORAL DU PROF (séance 4, récap)En montant : la taille ↑, la complexité ↑, et les forces dominantes changent — 2 forces nucléaires (noyau seulement, « pour la chimie, pas importantes »), la force électromagnétique = LA force de la chimie (réactivité + interactions intermoléculaires, ex. enzyme–substrat), la gravitation (grande échelle, pas pour la chimie). « Ce qu'ils font au CERN n'est pas compliqué comparé à vous — un corps humain est beaucoup plus compliqué. »
L'arbre de classification de la matièred.4–5
📊 DIAPOS — l'arbre à savoir redessinerMatière (gaz/liquide/solide) → séparation par techniques physiques → mélanges (homogènes : solution de NaCl · hétérogènes : huile dans l'eau) vs substances pures → séparation par techniques chimiques → composés (H₂O, vitamine C) vs corps simples (O₂, N₂, Au). Une substance pure a toujours la même composition quelle que soit son origine (loi des proportions définies) et résiste à toute séparation physique ; un corps simple résiste aussi à toute séparation chimique.
🎙️ ORAL DU PROFExemple charnière : « avec des méthodes physiques on ne peut pas passer de H₂O à H₂ et O₂ — il faut une méthode chimique, par exemple une électrolyse ». C'est le critère opérationnel de la frontière physique/chimique.
⚠️ PIÈGE« Corps simple » = un seul élément (O₂ EST un corps simple même s'il a 2 atomes). Composé ≠ mélange : le composé a des proportions fixes, le mélange des proportions quelconques.
Homogène vs hétérogène — et la composition de l'aird.6–7
📊 DIAPOS — valeurs à mémoriserHomogène = composition identique en tout point (air, urine, vin, eau du robinet) ; hétérogène = varie d'un point à l'autre (sauce salade,
sang).
| Air (homogène) | % volumique |
|---|
| N₂ | 78.1 % |
| O₂ | 20.9 % |
| Ar | 0.9 % |
| CO₂ | 0.04 % (augmente !) |
| H₂O vapeur | variable |
Air expiré : 16 % O₂, 4 % CO₂ (d.7).
🎙️ ORAL DU PROF — 3 pépites jamais écrites① La définition homogène/hétérogène dépend de l'échelle : critère pratique = le microscope optique (~1 µm) — au microscope on voit les globules rouges (6–7 µm) → le sang est hétérogène. ② Fait divers du camion de réfugiés → les seuils : O₂ entre 19 et 15 % = baisse de performance ; vers 10 % = létal. ③ « Ce n'est pas le pourcentage qui est important, c'est la pression partielle » — à 5 000 m il y a toujours 21 % d'O₂ mais p(O₂) a chuté. Annonce directe de N7.
N2Méthodes de séparation — sang, hématocrite, chromatographied.8–17
Les 5 méthodes et leur propriété physiqued.8
📊 DIAPOS — tableau à connaître tel quel
| Méthode | Propriété utilisée |
|---|
| Centrifugation | densité |
| Filtration | solubilité, taille |
| Recristallisation | solubilité |
| Distillation | volatilité |
| Chromatographie | capacité à adhérer à des surfaces |
🎙️ ORAL DU PROFPourquoi séparer : « dans l'industrie pharmaceutique il y a toujours deux étapes — la synthèse d'une molécule, puis sa purification ». Centrifuger = augmenter l'accélération bien au-delà de g = 9.8 m/s². Distiller = le schnaps, mais surtout partout en chimie.
Nobel 2015 : Youyou Tu, l'artémisinine et l'extractiond.9–10
📊 DIAPOSYouyou Tu, prix Nobel de médecine 2015 (12ᵉ femme), pour l'artémisinine extraite d'Artemisia annua contre le paludisme : mortalité réduite de > 20 % (> 30 % chez les enfants). Principe : l'extraction repose sur l'équilibre de répartition d'un composé entre deux phases (non miscibles).
🎙️ ORAL DU PROFElle a trouvé la piste dans les livres de médecine traditionnelle chinoise ; la plante = mélange de milliers de composés → travail de séparation titanesque. Exemple des 2 phases : hexane + eau — chaque composé se répartit selon son affinité. « C'était une très bonne chimiste. »
Le sang décomposé : plasma 54 % / cellulesd.11–12
📊 DIAPOS — les chiffresCentrifugation du sang → plasma 54 % (vol.) + globules blancs 1 % + plaquettes 1 % + globules rouges 44 %. Plasma : eau + sels 91 %, protéines 7 %, ADN (ng/ml, aussi tumoral !), métabolites, virus/bactéries. Métabolites plasmatiques : glucose 5 mM · cholestérol 5 mM · urée 4 mM · ATP 3 mM + hormones (très faibles).
🎙️ ORAL DU PROF« Analyser le sang vous dit quelque chose sur votre patient » — glucose, cholestérol… et tout part d'une simple centrifugation. L'ADN tumoral circulant en ng/ml = fenêtre diagnostique.
Hématocrite et EPO — le chapitre dopaged.13–14
📊 DIAPOSHématocrite = pourcentage (volume) des composants cellulaires = b/a après centrifugation. Valeurs typiques : hommes 47 %, femmes 42 %. EPO (érythropoïétine) : hormone glycoprotéique (protéine + glucide), cytokine, produite essentiellement par le rein, stimule la synthèse des globules rouges ; risques : hypertension artérielle + viscosité sanguine ↑. Étude Larsen 2014 : 4 groupes (EPO/placebo × entraînement/sédentaire).
🎙️ ORAL DU PROFL'étude montre que l'EPO augmente l'hématocrite beaucoup plus efficacement que l'entraînement. Mais : plus de globules rouges = plus de viscosité = flux qui ralentit → il existe un maximum d'efficacité (compromis transport/écoulement). « Il y a 20 ans dans le cyclisme… beaucoup sont morts. Ne vous dopez pas, faites du sport. »
⚠️ PIÈGEEPO produite par le rein (pas la moelle — la moelle est la CIBLE). Hématocrite = fraction volumique, pas massique. H 47 / F 42 : ne pas inverser.
La chromatographie : principe et analyse anti-dopaged.15–17
📊 DIAPOSChaîne : pompe → injection → colonne (phase stationnaire) → détecteur → chromatogramme (signal vs temps de rétention). Sur la colonne : équilibre adsorption–désorption permanent ; plus l'interaction molécule–phase stationnaire est forte, plus la molécule passe de temps adsorbée → sort plus tard. Application : dépistage de drogues dans l'urine, détection par spectrométrie de masse.
🎙️ ORAL DU PROFLa colonne = particules poreuses de quelques µm → surface spécifique énorme. Identifier un pic : injecter une référence (ex. la cocaïne) — le temps de rétention est caractéristique du composé. Vitrine : séparation cocaïne / cocaéthylène, deux structures quasi identiques. « Si vous faites de l'analyse dans votre vie professionnelle, ce sera basé sur la chromatographie. »
N3États de la matière & changements d'étatd.18–30
Les 3 états et leurs propriétésd.19
📊 DIAPOSGaz : densité faible, compressible, pas de contact, diffusion rapide, prend la forme du récipient. Liquide : dense, peu compressible, contact entre molécules, diffusion lente, prend la forme du récipient. Solide : dense, peu compressible, contact, diffusion très lente. Liquide + solide = matière condensée. Transitions par refroidir/comprimer ↔ chauffer/réduire la pression.
🎙️ ORAL DU PROFGaz : « entre les molécules, il n'y a rien — c'est vide » ; compressible PARCE QUE vide. Liquide/solide incompressibles parce que les molécules se touchent.
Le critère E_inter vs E_th — et la distribution des vitessesd.20–21
📊 DIAPOS — le critère centralL'état dépend de l'énergie thermique E_th (température, mouvements) ET de l'attraction intermoléculaire E_inter :
gaz : E_inter ≪ E_th · liquide : E_inter ~ E_th · solide : E_inter ≫ E_th
À une T donnée, les molécules n'ont PAS toutes la même vitesse :
distribution (courbe froid/chaud — T ↑ déplace le maximum vers les hautes vitesses). Autres formes :
cristaux liquides, micelles (matière molle),
fluides supercritiques.
🎙️ ORAL DU PROF — 2 pépites① La membrane cellulaire est un cristal liquide : « fluide comme un liquide mais avec de l'ordre comme un solide ». ② Le lien température–énergie « n'est pas simple » (sa question piège favorite aux doctorants…) — pour nous : E_th = énergie des translations/rotations/vibrations, T = paramètre de la distribution. E_cin = ½mv².
Les 6 transitions et la conservation d'énergied.23–24
📊 DIAPOSSur l'axe énergie du système : solide → liquide = fusion ; liquide → solide = congélation ; liquide → gaz = vaporisation ; gaz → liquide = condensation ; solide → gaz direct = sublimation (gaz → solide = condensation solide).
🎙️ ORAL DU PROFSublimation vécue : « le linge gelé dehors en hiver sèche quand même ». Et par conservation de l'énergie : E(sublimation) = E(fusion) + E(vaporisation) à température donnée.
T° de fusion/ébullition = jauge de la force des liaisonsd.22
📊 DIAPOS — le tableau-jauge
| Liaison | Substance | T fus (K) | T éb (K) |
|---|
| Covalente | Diamant (C) | 3800 | 4300 |
| Ionique | LiF | 1560 | 2742 |
| Force de London | N₂ | 63 | 77 |
| Pont hydrogène | H₂O | 273 | 373 |
T fus/éb = propriétés
physiques ; une propriété
chimique = transformation en d'autres substances (ex. combustion).
0 °C = 273.15 K ; T(K) jamais négative ;
ΔT identique en K et en °C.
🎙️ ORAL DU PROFLecture : liaisons fortes → il faut énormément d'E_th pour les casser → T de transition élevées. Et la parenthèse-clé : « c'est pour ça que les ponts hydrogène sont si importants pour la biochimie — à température ambiante ou 37°, assez forts pour faire des interactions, pas trop forts pour être cassés » (écho direct du Ch1/ADN). Dans la glace : chaque H₂O fait 4 ponts H (2 donneur + 2 accepteur) ; dans le liquide, ~3.4 en moyenne → fondre ne casse qu'une fraction des ponts.
q = m·c·ΔT et la capacité calorifiqued.25, 27
📊 DIAPOS
q = C·ΔT = m·c·ΔT (q en J ; C en J/K ; m en g ; c en J/g/K)
c = capacité calorifique
massique (chaleur spécifique) = capacité de la matière à
stocker l'énergie dans les mouvements de ses atomes/molécules.
L'eau liquide a un c très grand → il faut beaucoup d'énergie pour la chauffer. Pendant un changement de phase,
la température reste constante (paliers de la courbe d.25).
🎙️ ORAL DU PROFC (J/K) dépend de la quantité → pas pratique → on divise par m : c devient caractéristique du composé (et diffère entre glace/liquide/vapeur !). Conséquence physiologique : le corps = 2/3 d'eau → « cette grande capacité calorifique nous aide à stabiliser la température ». Pendant le palier de fusion, l'énergie sert à casser les liaisons, pas à chauffer : entre B et C, solide et liquide coexistent.
LE calcul modèle : 500 g de glace −50 °C → vapeur 200 °Cd.26, 28
📊 DIAPOS — vérifié Python, à savoir refaireDonnées : c(glace) = 2.09 · c(eau) = 4.184 · c(vapeur) = 1.84 J/g/K ;
ΔH fusion = 334 J/g ;
ΔH vaporisation = 2258 J/g. Les 5 contributions :
| Étape | Calcul | q |
|---|
| q₁ glace −50→0 | 2.09×500×50 | 52 250 J |
| q₂ fusion | 334×500 | 167 000 J |
| q₃ eau 0→100 | 4.184×500×100 | 209 200 J |
| q₄ vaporisation | 2258×500 | 1 129 000 J (!) |
| q₅ vapeur 100→200 | 1.84×500×100 | 92 000 J |
| Total | | 1 649 450 J = 1649.5 kJ |
Conclusions officielles : la
vaporisation domine (casser les ponts H) →
« transpirer est une méthode géniale pour enlever la chaleur du corps ».
⚠️ PIÈGENe pas oublier les 2 chaleurs latentes (paliers) entre les 3 chauffages ; c change à chaque phase ; ΔT en K = ΔT en °C (pas de conversion à faire pour les différences).
📝 TOMBE EN QCMLe schéma q = mcΔT + règle de trois est LE moteur des annales (2024 Q42 cerveau/glucose ; 2021 : c de l'eau fourni en donnée). Même famille que TD1-Q9.
Le spray réfrigérant (anesthésie locale)d.30
📊 DIAPOSMélange de substances volatiles (propane, butane, pentane) sous pression (donc liquides). À la détente : expansion + vaporisation rapide → l'environnement (la peau) doit fournir l'énergie pour casser les liaisons intermoléculaires → abaissement rapide et local de la température.
🎙️ ORAL DU PROFLa scène du foot (« ça m'énerve… je ne regarde plus le foot ») : le médecin appuie, des gouttelettes de liquide sortent, l'évaporation pompe la chaleur de la peau. Même physique que la transpiration — en accéléré.
N4Atome, nucléides, isotopes — et l'effet deutériumd.31–38
Structure de l'atome — et « voir » les atomes (STM)d.32–34
📊 DIAPOS — le tableau des particulesNoyau (protons + neutrons, souvent n ≥ p) : d ≈
10⁻¹⁵ m ; nuage d'électrons : d ≈
10⁻¹⁰ m = 0.1 nm = 1 Å — c'est LUI qui détermine les
propriétés chimiques. Atome neutre : nb électrons = nb protons (Z).
| Charge | Masse absolue | Masse (u) |
|---|
| proton | +1 | 1.66×10⁻²⁴ g | 1.0073 |
| neutron | 0 | 1.66×10⁻²⁴ g | 1.0087 |
| électron | −1 | 9.10×10⁻²⁸ g | 0.0005 |
e = 1.6×10⁻¹⁹ C. Images STM : atomes d'iode sur platine, kanji « atome » écrit atome par atome.
🎙️ ORAL DU PROFLe STM expliqué : pointe métallique très proche + tension → courant qui dépend de la distance → on balaye et on image ; on peut même déplacer des atomes (à très basse T). L'échelle : « si cette salle de 10 m était un atome, le noyau ferait 0.1 mm » — la masse est concentrée dans le noyau, la chimie se joue dans le nuage.
Nucléides, éléments, isotopes : la notation ᴬ_Z Xd.35–36
📊 DIAPOS — définitions exactesNoyau : Z protons (numéro atomique) + N = A − Z neutrons ; A = nucléons (nombre de masse). Notation : A en haut à gauche, Z en bas à gauche du symbole X. Élément = tous les nucléides de même Z (les propriétés chimiques distinguent les éléments). Isotopes = même Z, N différent → masses différentes, propriétés chimiques similaires. Hydrogène : ¹H, ²H = D (deutérium), ³H = T (tritium, radioactif). Cohésion du noyau : forces nucléaires attractives, indépendantes de la charge, de faible portée.
📝 TOMBE EN QCMTD1 Q6 (H/D : même Z, même nb d'électrons, A différent) ; TD2 Q2 (¹³C) et Q13 (bore) = les DEUX exercices types isotopes. Le corrigé officiel du TD2-Q2 pose la méthode : MA = (1−x)·12 + x·13 → x = 0.011.
L'effet deutérium : l'expérience du chien au D₂Od.37
📊 DIAPOSD₂O et H₂O sont chimiquement similaires, mais beaucoup de réactions sont ralenties dans D₂O (plus lourd). Expérience (Katz, Argonne, 1961) : eau de boisson à 50 % puis 75 % D₂O → mort après 13 jours ; la courbe montre le D₂O du sérum inférieur au D₂O bu.
🎙️ ORAL DU PROF — l'explication de la courbe① Pourquoi ralenti : H→D double la masse → toutes les réactions avec transfert de proton (très courantes) sont freinées ; pour C-12 vs C-13 l'écart relatif est faible, pour H/D c'est un facteur 2. ② Pourquoi sérum < bu : l'eau corporelle vient AUSSI de la combustion métabolique (glucose, viande = H normal) qui produit de la H₂O normale — dilution interne. Démonstration parfaite « isotopes : semblables mais pas identiques ».
N5Composition chimique du corps humaind.39–43
Le tableau des % en poids — O 65, C 18, H 10, N 3…d.40
📊 DIAPOS — le tableau officiel (haut à connaître)
| Élément | % poids | Où ? |
|---|
| Oxygène | 65 | fluides et tissus, eau corporelle, os |
| Carbone | 18 | partout (glucides, protéines, graisses, ADN) |
| Hydrogène | 10 | fluides et tissus, eau |
| Azote | 3 | protéines, graisses, ADN, ARN |
| Calcium | 1.5 | os en particulier |
| Phosphore | 1 | urine, ADN/ARN, os |
| K / S / Na / Cl / Mg / I / Fe | 0.4→0.1 | eau corporelle, protéines, enzymes, hormones, transport O₂ |
🎙️ ORAL DU PROFPourquoi 65 % d'O : « deux tiers de votre corps est de l'eau, tout simplement » ; et beaucoup de sel — « la vie a été créée dans les océans ». Le soufre : ponts S–S qui stabilisent la structure 3D des protéines (pépite orale, pas sur la diapo).
Base / macroéléments / éléments tracesd.41
📊 DIAPOS — la classification officielle① Éléments de base : H, C, N, O = 96 % de la masse (2/3 du corps = H₂O). ② Macroéléments (> 50 mg/kg) : Na, K, Mg, Ca, Cl, P (phosphate), S (sulfate) — régulation de l'eau, muscles, nerfs, os. ③ Éléments traces (< 50 mg/kg) : Si, Se, F, I, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn — protéines (Se, Fe), enzymes (Fe, Cu, Mo : chaîne respiratoire), vitamines (Co : B12), hormones (I : thyroïde).
🎙️ ORAL DU PROFLa complexité 3D vient des 4 éléments de base et surtout du carbone (sa structure électronique). Les métaux traces = sites actifs des enzymes → la réactivité. F = dents ; arsenic = inhibiteur allostérique à forte dose (rôle trace pas clair) — clin d'œil au Ch1.
⚠️ PIÈGELe seuil macro/trace = 50 mg/kg. Co→B12, I→thyroïde : associations qui font des K'. « Il ne faut pas apprendre par cœur » LA liste des traces — mais les 4 de base et les 7 macro, si.
La S.P.A.M. : ton corps vaut 160 $d.43
📊 DIAPOS« Superb Person Atomizing Machine » : une victime de 80 kg réduite en éléments vaut 160 $ (potassium 104 $, sodium 28.5 $, oxygène 10 $).
🎙️ ORAL DU PROF« La valeur d'un être humain, ce n'est pas ses éléments — c'est comment ces éléments sont combinés dans des structures complexes qui accomplissent des tâches complexes. » La morale chimique du chapitre.
N6Masse atomique, mole, masse molaired.44–52
Le Dalton : 1/12 de la masse du ¹²Cd.45–46
📊 DIAPOSMasses atomiques ≈ 10⁻²⁴–10⁻²² g → référence microscopique : 1 Da = 1 u.m.a. = 1/12 de la masse d'un atome de ¹²C = 1.6605×10⁻²⁴ g (masse du ¹²C : 1.9926×10⁻²³ g). Par définition ¹²C ≡ 12.000 u ; ¹H ≈ 1 u ; ²³Na ≈ 23 u.
🎙️ ORAL DU PROFL'analogie de la balance : peser = comparer à une référence (le kg = « la masse d'un litre d'eau à 4 degrés ») ; pour les atomes on change simplement de référence → le ¹²C.
Masse moyenne pondérée : le chlore 35.5d.47
📊 DIAPOS — le calcul modèleChlore : 75.5 % de ³⁵Cl + 24.5 % de ³⁷Cl →
M(Cl) = 0.755×35 + 0.245×37 = 35.5 Da ✓ Python
Carbone : ¹²C stable 99 % · ¹³C stable 1 % · ¹⁴C radioactif (traces, formé dans l'atmosphère →
datation, revu en cinétique).
⚠️ PIÈGE« Il n'y a pas d'atome avec cette masse [35.5], ça n'existe pas » — c'est une moyenne POUR LES CALCULS. Le sens inverse (retrouver la masse d'un isotope depuis la moyenne) = TD2 Q13 (bore → 10 Da) : même équation, inconnue déplacée.
La mole et le nombre d'Avogadrod.48–49
📊 DIAPOS1 mole = autant d'entités (atomes, molécules, ions…) qu'il y a d'atomes dans 12 g de ¹²C = N_A = 6.022×10²³ (calcul : 12/(12×1.6605×10⁻²⁴)). Exemples : 16 g d'O = 6.022×10²³ atomes ; 8 g = 3.011×10²³. Visuels : 1 mol d'eau = 18.01 g · saccharose = 342.3 g · NaCl = 58.44 g. 1 mol de grains de sable (0.5 mm) couvrirait la France sur 100 m d'épaisseur.
📝 TOMBE EN QCMTD2 Q8 : repérer que 3.01×10²³ = 0.5 mol puis tester chaque option (14 g N₂ ✓, 22 g CO₂ ✓, 90 g glucose ✓, 9 mL d'eau ✓… mais 1 g de C = 1/12 mol ✗). Annale 2021 (corrigé) : « m = n×MM = N×MM/N_A » écrit noir sur blanc.
Masse molaire et les 2 formules-outilsd.50–51
📊 DIAPOSMM (g/mol) = masse d'une mole. Cu : 63.546 · H₂O : 18 (→ 18 g contiennent 6.022×10²³ molécules, soit 6.022×10²³ O et 1.2044×10²⁴ H). Composé = somme des masses × indices :
phénylalanine C₉H₁₁NO₂ = 9×12 + 11×1 + 14 + 2×16 = 165 g/mol (masse moléculaire 165 u).
m = n·MM · n = m/MM · N = n·N_A
Applications d.51 : 0.3 mol d'eau → 5.4 g ; 0.3 mol → 1.8066×10²³ molécules.
🎙️ ORAL DU PROF« Numériquement c'est la même chose » : 165 g/mol (macro) ↔ 165 Da (une molécule). Ces deux formules sont LES outils de tous les calculs de concentration qui suivent — le corrigé du TD2 les écrit à chaque question (n = m/MM d'abord, toujours).
Le pont micro ↔ macrod.52
📊 DIAPOSHydrolyse du diphosphate : 1 molécule (174 Da) + 1 H₂O (18 Da) → 2 HPO₄²⁻ (2×96 Da). Au niveau macro : 1 mol (174 g) + 1 mol (18 g) → 2 mol (2×96 g). Correspondance directe entre stœchiométrie microscopique et macroscopique.
⚠️ PIÈGE (dit à l'oral)« Attention, le nombre de molécules n'est pas forcément conservé pendant une réaction » (1→2, 2→3…) — c'est la MASSE qui est conservée. Formulation K' idéale.
N7Concentrations : %, fraction molaire, molarité, pressions partiellesd.53–62
Le cas-choc : l'eau de Javel (0.005 % vs 6 %)d.54
📊 DIAPOSL'eau de Javel doit ses propriétés oxydantes à l'ion hypochlorite ClO⁻ (ClO⁻ + 2 H₃O⁺ + 2 e⁻ → Cl⁻ + 3 H₂O). Une étude (Pediatrics 2009) : un bain dans une solution très diluée (0.005 %) aide contre l'eczéma ; le produit commercial est à 6 % — problème de concentration.
🎙️ ORAL DU PROFLe fait divers : une mère brûlée à 98 % pour avoir pris un bain dans de la Javel bien trop concentrée sur de mauvais conseils. ClO⁻ « arrache des électrons à quasiment toutes les molécules organiques ». Moralité répétée : « vous n'avez pas le droit de faire des erreurs de concentration ». (6/0.005 = facteur 1200.)
% · ‰ · ppm · ppb — les unités « de la vie pratique »d.55
📊 DIAPOSFraction de poids (g/g) et fraction de volume (mL/mL). Exemple : alcoolémie 0.8 ‰ = 0.8 mL d'alcool par litre de sang. En chimie, 3 unités principales basées sur les moles : fraction molaire (sol/liq/gaz), molarité (sol/liq/gaz), pression partielle (gaz).
🎙️ ORAL DU PROF — valeurs jamais écrites① ~3 ‰ d'alcool = coma. ② ppm = 10⁻⁶ = 1 mg/kg ; ppb = 10⁻⁹ = 1 µg/kg — « très courant » en analyse. ③ Signes : % = pour 100, ‰ = pour 1000.
La fraction molaire + l'exercice fructose completd.56–57
📊 DIAPOS — définition et calcul modèle (vérifié Python)
x_A = n_A / (n_A + n_B + n_C) · Σ x_i = 1 · sans unité, ∈ [0;1]
Fructose (MM 180) à 60 g/L, ρ = 1.042 kg/L : 1 L = 1042 g → m(eau) = 1042 − 60 =
982 g → n(fructose) = 60/180 =
0.333 mol ; n(eau) = 982/18 =
54.55 mol ; total 54.88 →
x(fructose) = 6.1×10⁻³ ; x(eau) = 1 − 0.0061 =
0.994.
🎙️ ORAL DU PROF — 2 réflexes① L'astuce binaire : dans un mélange à 2 composés, x_B = 1 − x_A (utilisée dans l'exercice ET au TD2 Q5). ② La remarque de fond : « la masse est conservée [quand on mélange], le volume ne l'est pas forcément » — c'est ce qui autorise m(eau) = m(tot) − m(fructose).
📝 TOMBE EN QCMTD2 Q3 (alcool fédéral 95/5 : méthode officielle « pour 1000 g » → 950/46 = 20.65 ; 50/18 = 2.77 ; x(eau) = 2.77/23.42 = 0.12).
La molarité — l'exercice NaCl en 3 étapesd.58
📊 DIAPOS — la routine officielle
molarité c = n / V (mol/L, noté M)
3.2 g de NaCl dans 0.5 L : ① MM = 22.99 + 35.45 =
58.44 g/mol ; ② n = 3.2/58.44 =
0.055 mol ; ③ c = 0.055/0.5 =
0.11 mol/L. Toujours ce triptyque :
MM → n → c.
📝 TOMBE EN QCMTD2 Q1 (saccharose → 0.146 M, même routine) et Q9 (KOH 50 %, ρ = 1.52 : méthode officielle « 1 L → 1520 g → 760 g de KOH → 13.54 mol → 13.5 M »). Q6 (hémoglobine 2.24 mM) ajoute une étape : n(Fe) → n(Hb) = n(Fe)/4 → /5 L.
La loi du gaz parfait (fournie à l'examen !)d.59
📊 DIAPOS
PV = nRT · T en K · V en m³ · P en Pa · R = 8.314 J/K/mol
1 bar = 10⁵ Pa ; 1 atm = 760 Torr = 760 mmHg = 1.014×10⁵ Pa. La pression
ne dépend pas de la nature du gaz, seulement de sa quantité ;
P = (n/V)RT ∝ concentration.
1 mol de gaz à 1 atm et 273 K = 22.4 L.
🎙️ ORAL DU PROFLa pression = collisions des molécules sur les parois (force/aire) ; dépendances raisonnées : V↑ → moins de collisions → P↓ ; n↑ → P↑ ; T↑ → molécules plus rapides → P↑. Conditions de validité : particules éloignées, volume propre négligeable — « heureusement, c'est le cas à 1 bar et température ambiante ». « Une mole d'argon exerce la même pression qu'une mole d'hélium. » À T ambiante, 1 mol ≈ 24 L (TD2 Q4 : on vous donne 24.5 L à 298 K). Et LE cadeau : « si vous en avez besoin à l'examen, je vous la donne ».
⚠️ PIÈGELes unités SI : litres → m³ (÷1000), °C → K (+273.15), mmHg → Pa (×1.014×10⁵/760). Le corrigé TD2-Q12 fait exactement ces trois conversions. 22.4 L c'est à 0 °C — utiliser 22.4 au lieu de 24.5 à 25 °C = le distracteur D de TD2-Q4 (332 L).
Pressions partielles : loi de Dalton + l'exercice N₂/O₂d.60–61
📊 DIAPOS — les 3 relations
P_tot = ΣP_i · P_A = (n_A/V_tot)RT · P_A = x_A·P_tot
Exercice complet (d.61, vérifié Python) : 0.76 g N₂ + 0.24 g O₂ dans 1 L à 20 °C → n(N₂) = 0.76/28 = 0.0271 ; n(O₂) = 0.24/32 = 0.0075 ; n_tot = 0.0346 mol → x(N₂) =
0.782 ; P_tot = nRT/V = 0.0346×8.314×293/0.001 =
84 286 Pa = 0.843 bar → P(N₂) =
65 912 Pa ; P(O₂) =
18 374 Pa (somme = P_tot ✓).
🎙️ ORAL DU PROFOn mesure P_tot, jamais directement une pression partielle — on la déduit. Et le renseignement d'exam : cet exercice complet est « trop long pour l'examen », mais les briques (x = P/P_tot, n = PV/RT) tombent. TD2 Q5 = la brique pure : x(O₂) = (1−0.63)/1 = 0.37 (R et T fournis = distracteurs).
📝 TOMBE EN QCMTD2 Q12 (75 mmHg, 2 L, 37 °C → n = PV/RT → 248 mg) ; annale 2024 Q12 (ballon comprimé : la quantité d'O₂ ne varie pas) ; annale 2021 (p. partielle de CO₂ en physio). C'est la jonction directe avec la courbe Hb du Ch1 (p(O₂) alvéoles 100 Torr / capillaires 20 Torr).
La concentration en physiologie : la courbe en cloched.62
📊 DIAPOSLes organismes sont sensibles à la concentration des substances, pas à leur quantité absolue → la dose dépend du poids (enfant ≠ adulte). Courbe santé vs concentration : niveau optimal (trop peu = mauvais, trop = mauvais). Certaines concentrations optimales sont minuscules : hormones ~ nmol/L.
N8Les dilutions — c₁V₁ = c₂V₂d.63–67
Le principe (n = constant) + l'exercice 2 µLd.63–65
📊 DIAPOSDiluer = ajouter du solvant :
V change, c change, n(soluté) reste constant →
c₁V₁ = c₂V₂
Exercice (d.64) : préparer 1 mL à 2 µM depuis un stock 1 mM → n = 10⁻³ L × 2×10⁻⁶ mol/L = 2×10⁻⁹ mol = 2 nmol → V = n/c = 2×10⁻⁹/10⁻³ =
2 µL à prélever + 998 µL d'eau. Exemple d.65 : 1 mL prélevé complété à 10 mL → c₂ = c₁×(1/10) =
dilution par facteur 10.
🎙️ ORAL DU PROF — l'image à retenir« Un bassin avec trois poissons ; vous ajoutez de l'eau : il y a toujours trois poissons. » Et le POURQUOI des dilutions : peser des quantités infimes = beaucoup d'erreurs → « il est plus judicieux de préparer une solution concentrée exacte et de diluer » (le prélèvement/complément, lui, est très précis).
📝 TOMBE EN QCM — LE gisementTD2 Q10 (CuSO₄ : V₁ = 0.25×0.40/2.0 = 50 mL, avec le schéma des deux béchers dans le corrigé officiel) ; annale 2021 Q42 = « dilution classique, quel volume de la solution mère… » ; annale 2023 : 500 mL à 0.1 M dilués → 0.05 M puis pH. La formule tombe TELLE QUELLE.
Dilutions en série + le cas homéopathie (D24)d.66–67
📊 DIAPOS — vérifié PythonRépéter n fois :
c_{n+1} = c₁ × (V₁/V₂)ⁿ (V₁/V₂ = 1/facteur de dilution)
Homéopathie :
D = facteur 10, C = facteur 100 (D6 = 10⁻⁶ ;
D24 = C12). Teinture mère 1 mol/L en D24 : c = 10⁻²⁴ mol/L → × N_A =
0.6022 molécule par litre.
🎙️ ORAL DU PROF« On ne peut pas avoir 0.6 molécule — soit on en a une, soit on n'en a pas. » (Et D60, laissé en exercice, est encore plus vide.) Application pratique : « rincer la vaisselle en plusieurs petites fois est plus efficace qu'en une seule grande » — les dilutions en série vont très vite vers des concentrations infimes.
⚠️ PIÈGELa puissance n s'applique au facteur, pas à la concentration ; D et C ne sont PAS le même pas (D24 = C12). Un calcul « nombre de molécules » finit toujours par × N_A.
📝 TD2 — les 13 questions officielles, résolues et vérifiées (= format examen)
Séance du vendredi 3.10 — « Concentrations, isotopes ». Les 13 réponses sont validées contre le corrigé officiel manuscrit du prof (lu page par page) ET re-vérifiées en Python — double contrôle, zéro écart. Clique pour révéler.
Q1 (Type A) — 10.0 g de saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) dans 200 mL : concentration ?
Réponse B : 0.146 mol/L. Routine officielle : MM = 12×12 + 22 + 11×16 = 342 g/mol → c = m/(V×MM) = 10/(0.2×342) = 0.146 M ✓ officiel + Python. Le prof écrit la formule fusionnée c = m/(V·MM) : à retenir.
Q2 (Type K') — Carbone ¹²C/¹³C, M = 12.011 : V/F
A VRAI (¹³C minoritaire ≈ 1.1 %). B VRAI (¹³C : N = 13−6 = 7 neutrons, impair). C FAUX (13 g de carbone naturel ≈ 1.08 mol de C dont ~1 % de ¹³C — pas 1 mol de ¹³C). D FAUX (fraction de molécules de CO₂ avec un ¹³C = abondance du ¹³C ≈ 1.1 %, pas 2.8 %). Méthode du manuscrit : MA = (1−x)·12 + x·13 → 12.011 = 12 + x → x = 0.011.
Q3 (Type A) — Alcool fédéral 95 % éthanol / 5 % eau (poids) : fraction molaire d'eau ?
Réponse E : 0.12. Méthode officielle « pour 1000 g » : 950 g EtOH/46 = 20.65 mol ; 50 g eau/18 = 2.77 mol ; total 23.42 → x(H₂O) = 2.77/23.42 = 0.12 ✓. Réflexe : une fraction massique se convertit en moles via une base de 100 ou 1000 g.
Q4 (Type A) — 444 g de glucose/jour : volume d'O₂ à respirer (24.5 L/mol) ?
Réponse E : 359 L. Manuscrit : n = 444/180 ≈ 2.44 mol → n(O₂) = 6× = 14.64 mol → × 24.5 = 359 L ✓. Piège D (332 L) = utiliser 22.4 L/mol (0 °C) au lieu des 24.5 donnés (25 °C). Note de rigueur : sans arrondi (180.16), on obtient 362 L — le prof arrondit tôt ; à l'examen, suis les données et vise l'option la plus proche.
Q5 (Type A) — P = 1 atm, p(N₂) = 0.63 atm : fraction molaire d'O₂ ?
Réponse B : 3.7×10⁻¹. P(O₂) = 1 − 0.63 = 0.37 atm → x(O₂) = P(O₂)/P_tot = 0.37 ✓. R et T fournis = distracteurs (aucun calcul de gaz nécessaire). Deux briques : Dalton + x = P/P_tot.
Q6 (Type A) — 2.5 g de Fe, Hb 65 000 Da à 4 Fe, 5 L de sang : c(Hb) ?
Réponse D : 2.24 mM. Chaîne officielle : n(Fe) = 2.5/55.84 = 0.0448 mol → n(Hb) = /4 = 0.0112 mol → c = 0.0112/5 = 0.00224 mol/L = 2.24 mM ✓. Le 65 000 Da est un distracteur. Pont direct avec le métabolisme du fer du Ch1 (75 % du fer dans l'Hb).
Q7 (Type A) — Homme au repos 80 W, glucose (−2800 kJ/mol) : masse de CO₂/jour ?
Réponse D : 652 g. Les 4 étapes numérotées du manuscrit : ① E(jour) = 80 × 86 400 s = 6912 kJ ; ② n(glucose) = 6912/2800 = 2.468 mol ; ③ n(CO₂) = ×6 = 14.81 mol ; ④ m = ×44 = 652 g ✓. Clone énergétique de TD1-Q9 / annale 2024 Q42 — le prof structure TOUJOURS en étapes numérotées.
Q8 (Type A) — Laquelle ne contient PAS 3.01×10²³ particules ?
Réponse C : 1 g de carbone (= 1/12 mol). L'astuce : 3.01×10²³ = 0.5 mol → 14 g N₂ (28/2) ✓, 22 g CO₂ (44/2) ✓, 90 g glucose (180/2) ✓, 9 mL d'eau = 9 g (18/2) ✓. Réflexe : convertir le nombre de particules en moles AVANT de tester.
Q9 (Type A) — KOH 50 % massique, ρ = 1.52 g/mL : concentration ?
Réponse D : 13.5 mol/L. Méthode officielle « 1 L ⇒ 1520 g » → 50 % ⇒ 760 g de KOH → n = 760/56.1 = 13.54 mol → c = 13.54 M ✓. Même squelette que l'exercice fructose du cours : ρ donne la masse d'un litre, le % la part de soluté.
Q10 (Type A) — Volume de CuSO₄ 2.0 M pour préparer 0.25 L à 0.40 M ?
Réponse A : 50.0 mL. n₁ = n₂ → c₁V₁ = c₂V₂ → V₁ = 0.25×0.40/2.0 = 0.05 L ✓ (le corrigé dessine les 2 béchers). LA formule d'annale (2021 Q42 telle quelle).
Q11 (Type A) — 1.525 g de CxHyOz → 3.047 g CO₂ + 1.247 g H₂O : formule ?
Réponse C : C₄H₈O₂. Méthode du manuscrit (traçage couleur) : tout le C finit dans CO₂ → n(C) = 3.047/44 = 0.0692 ; tout le H dans H₂O → n(H) = 2×1.247/18 = 0.1386 → C:H = 1:2 ; l'O par différence de masse : m(O) = 1.525 − m(C) − m(H) = 0.554 g → n(O) = 0.0346 → C:H:O = 2:4:1 → empirique C₂H₄O → seule option compatible : C₄H₈O₂ ✓. La plus dure du TD — analyse élémentaire complète.
Q12 (Type A) — p(O₂) = 75 mmHg, 2 L, 37 °C : masse d'O₂ dans les poumons ?
Réponse D : 248 mg. Manuscrit en unités SI : n = PV/RT = (75/760×1.014×10⁵ Pa × 0.002 m³)/(8.314 × 310 K) = 0.00776 mol → m = ×32 = 0.248 g ✓. Les 3 conversions pièges : mmHg→Pa, L→m³, °C→K. Application médicale directe (capacité pulmonaire).
Q13 (Type A) — Bore : 80 % de ¹¹B, M = 10.8 Da : masse de l'autre isotope ?
Réponse C : 10 Da. 10.8 = 0.8×11 + 0.2×x → 0.2x = 2 → x = 10 ✓ (le corrigé barre D et E d'office : une moyenne est ENTRE les deux isotopes → l'autre doit être < 10.8). Le miroir du calcul du chlore fait en cours.
🏛️ Annales (retranscrits 2021–2024) — comment le Ch2 tombe VRAIMENT
Constat après croisement des 4 retranscrits : contrairement au Ch1, le Ch2 tombe EN DIRECT.
① Dilution : tombée telle quelle. 2021 Q42 : « Dilution classique. Quel volume de la solution mère faut-il… » = TD2-Q10 mot pour mot. 2023 : 500 mL à 0.1 M dilués jusqu'à V final → c = 0.05 M, puis couplage pH — la dilution devient la 1re marche d'exercices d'autres chapitres.
② Gaz parfait & pressions partielles : 2021 en K' (détente isotherme d'un gaz parfait), 2021 physio (« diminuer la pression partielle de CO₂ »), 2024 Q12 (ballon comprimé : « la quantité d'oxygène ne varie pas » — pur raisonnement n/P/V).
③ q = mcΔT : la capacité calorifique massique de l'eau (4.186) est FOURNIE en donnée dans un exercice 2021 ; le schéma énergie→moles→masse (2024 Q42 cerveau 4.3 g) est le recyclage permanent de TD2-Q7.
④ La mole en outil silencieux : un corrigé 2021 écrit explicitement « m = n×MM = N×MM/N_A » ; toutes les tables de cinétique sont en mol/L — sans la routine MM→n→c, aucun chapitre ultérieur ne tient.
Conclusion stratégique : le Ch2 est LE chapitre-outil : ses 6 formules (n = m/MM · c = n/V · x_A = n_A/n_tot · PV = nRT · P_A = x_A·P_tot · c₁V₁ = c₂V₂) irriguent tous les blocs suivants (équilibres, pH, cinétique, thermo). Par-cœur payant : air 78/21/0.9/0.04 · plasma 54 %/GR 44 % · hématocrite 47/42 · glucose 5 mM · N_A = 6.022×10²³ · 1 bar = 750 Torr = 10⁵ Pa · 22.4 L (0 °C)/24 L (ambiante) · ΔH vap eau 2258 J/g ≫ tout · O 65/C 18/H 10/N 3 · seuil 50 mg/kg · Co→B12, I→thyroïde, Fe→O₂.
🔐 Critères de verrouillage du Ch2
Une micro-notion passe en ✅ seulement si : 3 rappels espacés réussis (J0, J+2, J+7) + ≥ 80 % sur les QCM liés. Le chapitre est VERROUILLÉ quand les 30 micro-notions sont ✅ ET que le TD2 est refait à 13/13 sans aide (chronométré : ~25 min). Les « deux questions de concentrations » de l'examen se gagnent ici. Alors seulement → Ch3 (À l'intérieur des matériaux : les liaisons chimiques, 4 h).