Activité n°5 : Les polymères - [Chap. Matériaux organiques]

Titre de l'activité : Activité n°5 : Les polymères - [Chap. Matériaux organiques]

Durée : 3h

Compétences

ANA - Exploiter ses connaissances, les informations extraites ou les résultats obtenus
APP - Rechercher et extraire l'information
APP - Connaître le vocabulaire, les symboles et les unités mise en œuvre
ANA - Formuler une hypothèse
COM - Rendre compte à l'écrit ou à l'oral

Notions

Différentes représentations des molécules organiques.
Écrire la formule brute, développée et semi-développée d’une molécule à partir de son nom et inversement.
Groupes caractéristiques.
Identifier dans une structure moléculaire donnée les groupes caractéristiques associés aux familles fonctionnelles des alcènes, alcools, acides carboxyliques, aldéhydes, cétones, esters, amines, amides.
Polymères : Généralités et classification.
Extraire et exploiter des informations sur les principaux matériaux polymères utilisés dans la vie quotidienne, leurs modes de production, leurs domaines d’applications, ainsi que sur les avantages et inconvénients de l’utilisation de matériaux polymères.
Polymères : monomère, motif, groupes caractéristiques, réactions de polymérisation (polyaddition, polycondensation).
Définir les polymères thermoplastiques, thermodurcissables et les élastomères.
Définir les termes monomère, polymère, macromolécule.
Reconnaître le motif et identifier les groupes caractéristiques dans une macromolécule.

🎥 Document vidéo : Première partie ⚓

Regarder la vidéo n°1 suivante « C’est pas sorcier : le plastique ça nous emballe… » 1ère partie jusqu’à 7 min, puis répondre aux questions.

Question⚓

Q1. Comment sont fabriquées les matières plastiques ?

Solution ⚓

Q1.

Les matières plastiques sont fabriquées à partir du pétrole dans une raffinerie.

Question⚓

Q2. Comment se nomment les hydrocarbures utilisés pour les fabriquer et combien d’atomes de carbones comportent-ils ? Entre quelles valeurs de température se liquéfie-t-elles ?

Solution ⚓

Q2.

Ce sont les hydrocarbures ayant un nombre d'atome entre 6 et 11. On les appelle naphta. Elles se liquéfie entre \(30\ \mathrm{^\circ C}\) et \(180\ \mathrm{^\circ C}\).

Question⚓

Q3. En observant les formules (développées) des molécules ci-dessous, indiquer combien d’atomes de chaque sorte les composent.

Les QR-codes au-dessus permettent de les visualiser en 3D (avec l’appli « Mirage make » qu'il vous faudra installer sur vos smartphones).

Solution ⚓

Q3.

Le butane	L'éthanol	Le chlorobutane	Le cyclohexane
\(\ce{C4H10}\)	\(\ce{C2H6O}\)	\(\ce{CH3C\ell}\)	\(\ce{C6H12}\)

Question⚓

Q4. Ces molécules peuvent être écrites à partir de formules « brutes ». En donner une définition et écrire les formules brutes de ces quatre molécules en dessous de chacune

Solution ⚓

Q4.

La formule brute d'une molécule est une formule qui décrit le nombre d'atomes de chaque type de cette molécule.

Le butane	L'éthanol	Le chlorobutane	Le cyclohexane
\(\ce{C4H10}\)	\(\ce{C2H6O}\)	\(\ce{CH3C\ell}\)	\(\ce{C6H12}\)

Question⚓

Q5. Quel est l’avantage de la formule développée par rapport à la formule brute ?

Solution ⚓

Q5.

L'avantage de la formule développée par rapport à la formule brute est qu'elle affiche toutes les liaisons entre chacun des atomes.

Question⚓

Q6. En observant les différentes formules développées proposées, indiquer :

Si tous les atomes font autant de liaisons ;
Combien de liaisons fait chaque atome.

Solution ⚓

Q6.

Les différents types d'atome ne font pas tous le même nombre de liaison :

Les atomes d'hydrogène ne font qu'une seule liaison ;
Les atomes de carbone font 4 liaisons ;
Les atomes d'oxygène font 2 liaisons ;
Les atomes de chlore font une seule liaison.

Question⚓

Q7. Observer la molécule ci-contre et commenter.

Solution ⚓

Q7.

Certains atomes font des liaisons doubles.

Question⚓

Q8. Ecrire les formules développées des molécules de dioxygène, dioxyde de carbone et diazote.

Question⚓

Q9. Donner toutes les combinaisons possibles de liaisons pour les atomes suivants : \(\ce{C}\), \(\ce{O}\), \(\ce{H}\), \(\ce{C\ell}\) et \(\ce{N}\).

Solution ⚓

Q9.

\(\ce{C}\) peut faire :
- 4 liaisons simples ;
- 2 liaisons simples + 1 double ;
- 2 liaisons doubles ;
- 1 liaison simple + 1 liaison triple.
\(\ce{O}\) peut faire :
- 2 liaisons simples ;
- 1 liaison double.

\(\ce{H}\) peut faire :
- 1 seule liaison simple.
\(\ce{C \ell}\)
- 1 seule liaison simple.
\(\ce{N}\) peut faire :
- 3 liaisons simples ;
- 1 liaison simple + 1 liaison double ;
- 1 liaison triple.

Question⚓

Q10. On a vu qu’il était possible d’écrire une molécule à l’aide d’une formule brute, d’une formule développée, mais également à l’aide d’une formule semi-développée. En donner une définition et écrire des formules de molécules (notamment celle de la question Q7.) à l’aide de la formule semi-développée.

Solution ⚓

Q10.

Définition de la formule semi-développée :

En chimie moléculaire, une formule semi-développée est une simplification d'une formule développée plane, dans laquelle on ne représente pas les liaisons avec les atomes d'hydrogène.

La formule semi-développée de la molécule de la Q7 est :

Question⚓

L'acide butanoïque présent dans la transpiration du sportif a la formule développée ci-contre.

Q11. Donner sa formule brute ainsi que sa formule semi-développée.

Solution ⚓

Q11.

Formule brute :

\(\Large \ce{C4H8O2}\)

Formule semi-développée :

Question⚓

Q12. Comment peut-on aller encore plus loin dans la simplification de l’écriture d’une formule chimique ? Donner des exemples.

Solution ⚓

Q12.

On peut envisager de ne plus représenter les atomes de carbone en plus des atomes d'hydrogène, et de ne laisser que les liaisons entre les atomes de carbone. En revanche, tous les atomes autre que \(\ce{H}\) et \(\ce{C}\) doivent être représenté.

On appelle cette représentation la formule topologique.

Exemples :

Question⚓

Deux molécules, l’éthanol (alcool) et le méthoxyméthane (ou éther, qui servait à endormir), ont la même formule brute \(\ce{C2H6O}\).

Q13. Montrer qu’il existe deux manières différentes d’agencer les atomes. Écrire les formules développées de ces deux molécules.

Solution ⚓

Q13.

✅ Évaluation formative ⚓

Question⚓

Q15. Donner la formule brute des molécules suivantes : dihydrogène, dioxygène, diazote, et dioxyde de carbone et ammoniac.

Solution ⚓

Q15.

Dihydrogène : \(\ce{H2}\) ; Dioxygène : \(\ce{O2}\) ; Diazote : \(\ce{N2}\) ; Dioxyde de carbone : \(\ce{CO2}\) ; Ammoniac : \(\ce{NH3}\)

Question⚓

Q16. Écrire les formule développée des cinq molécules de la question précédente.

Solution ⚓

Q16.

Dihydrogène :
Dioxygène :
Diazote :

Dioxyde de carbone :

Ammoniac :

🤔 Je réfléchis : Alcanes, alcènes ⚓

Définition :

Les alcanes sont des hydrocarbures composés uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène reliés par de simples liaisons, ils sont dits « saturés ».

Question⚓

Q19. Donner quelques formules chimiques d’alcanes. En donner une formule générique.

Solution ⚓

Q19.

Exemples :

Formule générique : \(\ce{C_nH_{2n+2}}\)

Définition :

Les alcènes sont une famille d’hydrocarbures dits « insaturés », composés uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogènes et comportant une double liaison « \(\ce{C=C}\) ».

Question⚓

Q20. Donner quelques formules chimiques d'alcènes simples. En donner une formule générique.

Solution ⚓

Q20.

Exemples :

Formule générique : \(\ce{C_nH_{2n}}\)

🤔 Je réfléchis encore : Les polymères (matières plastiques)⚓

Regarder la suite de la vidéo n°1 « C’est pas sorcier : le plastique ça nous emballe… », puis répondre aux questions.

Question⚓

Q21. Donner la formule développée du propène (3 atomes de carbone). Et écrire son équation de polymérisation. Le produit obtenu s’appelle du polypropylène)

Solution ⚓

Q21.

L'équation de polymérisation est :

Complément :

Le polyéthylène, appelé aussi polyéthène (sigle générique PE ) est un polymère utilisé pour fabriquer des bouteilles en plastique.

Question⚓

Q22. Donner le nom du monomère utilisé.

Solution ⚓

Q22.

Le monomère s'appelle l'éthène ou éthylène.

Question⚓

Q23. Donner la formule développée du monomère sachant qu’il possède deux atomes de carbone.

Solution ⚓

Q23.

Question⚓

Q24. Écrire la réaction chimique de polymérisation permettant d’obtenir le PE.

Solution ⚓

Q24.

Question⚓

Q25. Écrire la formule semi-développée d’un polyéthylène dont le degré de polymérisation est 4.

Solution ⚓

Q25.

📝Aller plus loin : exemples de polymères ⚓

Complément : 📄 Exemples de polymères et de leurs utilisations

Matière plastique	Masse volumique (kg/m3)\(\mathrm{\left( kg/m^{-3} \right)}\)	Exemples
Polyéthylène (PEBD et РЕВН)	820 – 890	sacs, films, sachets, bidons, récipients et bouteilles souples tuyaux, jouets, ustensiles ménagers.
Polypropylène (PP)	850 – 920	pare-chocs, tableaux de bord, mobilier de jardin, bouteilles rigides, boîtes alimentaires, fibres de tapis, moquettes, cordes, ficelles...
Polystyrène (PS)	1 040 – 1 060	emballages, jouets, verres plastiques, pots de yaourt, boitiers CD, bacs à douche, isolant thermique.
Polychlorure de vinyle (PVC)	1 180 –1 410	ameublement, pots de margarine, blisters, bouteilles d'eau, tuyaux de canalisation...
Polytéréphtalate d'éthylène (PET)	1 380 –1 410	Fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles d'eau et de sodas...

Complément :

❇️ Questions bonus : Quelques synthèses supplémentaires ⚓

➡️ Synthèse du PVC à partir de l’éthène ⚓

L’éthylène (éthène) \(\ce{C2H4}\) réagit avec le dichlore \(\ce{C\ell2}\) pour donner une molécule de chlorure de vinyle après élimination d’une molécule de chlorure d’hydrogène \(HC\ell\).

Question⚓

Q26. Écrire l’équation-bilan de la réaction chimique.

La polymérisation du chlorure de vinyle conduit au polychlorure de vinyle (PVC).

Question⚓

La polymérisation du chlorure de vinyle conduit au polychlorure de vinyle (PVC).

➡️ Synthèse du Téflon®⚓

Le tétrafluorure d’éthylène (TFE) est un dérivé de l’éthène avec remplacement de chaque atome d’hydrogène par un atome de fluor. A température ambiante, ce gaz est inodore, sans saveur et incolore. Par polymérisation, il conduit au Téflon®.

Question⚓

Q28. Écrire la formule développée du tétrafluorure d’éthylène ainsi que l’équation de polymérisation de ce composé.