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Modélisation microscopique de l'évolution d'un système |
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DS 01 : Synthèse d’un explosif (20 min) DS 02 : Origine de la vie dans l’espace (20 min)
Préparation à l’ECE : Catalyse et mécanisme d’une réaction : |
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QCM r
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DS 02 : Origine de la vie dans
l’espace (20 min) Des molécules qui seraient à l’origine de la vie sur Terre ont été identifiées dans l’environnement d’une comète que la sonde Rosetta a explorée. C’est le cas de la
glycine, le plus simple des acides aminés, qui se trouve couramment dans les protéines. On donne, ci-dessous, la succession des étapes (a) et (b) pour
synthétiser la glycine en laboratoire.
-
Données : -
Électronégativité : -
La
liaison C – H est non polarisée. -
χ (H) = 2,2 ; χ
(C) = 2,6 ; χ (N) = 3,0 ; χ (O) =
3,4 |
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DS 01 : Synthèse d’un explosif (20
min)
1.
Les actes
élémentaires dans l’ordre :
►
Le catalyseur :
-
Un catalyseur est
une espèce chimique qui accélère une réaction chimique.
-
Au cours de la
transformation, il est consommé puis régénéré.
-
En conséquence, sa
formule n’apparaît pas dans l’équation de la réaction.
-
Le catalyseur est
le trichlorure d’aluminium AℓCℓ3.
-
Il est consommé
lors de l’étape (1) et régénéré lors de l’étape (4).
3.
Équation de la
réaction :
a.
Nom du deuxième
produit de la réaction.
-
Le deuxième produit
de la réaction est le chlorure d’hydrogène
HCℓ (acide chlorhydrique).
b.
Équation de la
réaction :
-
La température est
un facteur cinétique. - Plus la température est élevée, plus l’agitation thermique est grande, plus l’énergie cinétique des espèces chimiques sera importante
et plus la vitesse des espèces chimiques sera grande.
-
Il découle de ceci
que le nombre de chocs et le nombre de chocs efficaces entre les espèces
chimiques augmente avec la température.
-
Une augmentation de
la température augmente la vitesse de réaction.
b.
Modélisation des
interactions se produisant à l’échelle microscopique.
-
Le nombre de chocs
et le nombre de chocs efficaces entre les espèces chimiques augmente
avec la température :
-
Modélisation :
-
Les chocs efficaces
entre entités qui réagissent sont modélisées par un « flash jaune »
-
Additif :
-
L’intermédiaire
réactionnel : le chlorure d’aluminium
-
L’atome d’aluminium
possède 3 électrons sur sa couche de valence (3s2
3p1)
-
On remarque qu’il
manque un doublet d’électrons à l’atome d'aluminium pour s’entourer
de
huit électrons (règle de stabilité : règle de l’octet).
-
Il porte donc une
lacune électronique :
-
On ajoute une case
rectangulaire autour de l’atome de bore pour signaler la présence de
cette lacune électronique.
-
L’acide picrique :
2,4,6- trinitrophénol
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DS 02 : Origine de la vie dans
l’espace (20 min) -
La
succession des étapes (a) et (b) pour synthétiser la glycine en
laboratoire.
►
Site donneur de doublet d’électrons : -
L’azote N de la molécule d’ammoniac NH3 -
Schéma de Lewis de
la molécule d’ammoniac :
-
La
liaison N – H est faiblement polarisée (moins polarisée que
la liaison O – H) -
L’atome d’azote possède un doublet non liant. ►
Site
accepteur de doublet d’électrons : -
L’atome de carbone
de la molécule de méthanal. -
Schéma de Lewis :
-
La
liaison double C = O est polarisée car l’atome d’oxygène est
plus électronégatif que l’atome de carbone. -
Il découle de ceci
que l’atome de carbone de la molécule de méthanal est
un site accepteur de doublet d’électrons.
-
L’atome d’azote, de
la molécule d’ammoniac, site donneur de doublet d’électrons,
attaque l’atome de carbone, de la molécule de méthanal, site accepteur
de doublet d’électrons. -
Simultanément, un doublet d’électrons de la double liaison C = O,
migre vers l’atome d’oxygène pour une plus grande stabilité (règle de l’octet). -
L’intermédiaire réactionnel : Azaniumylméthanolate ?
-
L’atome d’azote
possède 5 électrons sur sa couche de valence (2s2
2p3) -
Dans
le cas présent : -
L’atome d’azote
possède 4 électrons (en propre). -
Il lui manque donc
1 électron. -
Pour
mettre ceci en évidence, on lui attribue une charge formelle positive,
figurée par le signe
-
L’atome d’oxygène
possède 6 électrons sur sa couche de valence (2s2
2p4) -
Dans le cas
présent : -
L’atome d’oxygène
possède 7 électrons (en propre) -
Il
possède donc un électron en excès. -
On lui attribue une
charge formelle négative -
L’intermédiaire réactionnel est une espèce est globalement neutre. -
C’est
un zwitterion ou amphion.
2.
Mécanisme
réactionnel de la réaction (b) :
a.
Étude de
l’espèce A : ►
Le
catalyseur : -
Un catalyseur est
une espèce chimique qui accélère une réaction chimique. -
Au
cours de la transformation, il est consommé puis régénéré. -
En
conséquence, sa formule n’apparaît pas dans l’équation de la réaction. -
Le
catalyseur est l’espèce
A. -
Elle
est consommée lors de l’étape (1) et régénéré lors de l’étape (7). -
L’espèce
A :
-
Dans
cet ion, l’atome d’oxygène possède une lacune électronique. -
En propre, il ne
possède que 5 électrons au lieu de 6 (couche électronique externe
2s2
2p4). -
La charge
-
Elle
indique un défaut électronique de un électron. - Comme l’atome d’oxygène présente un déficit en électron et qu’il est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène, la liaison H –
O de l’intermédiaire réactionnel est fortement polarisée. - Le doublet de la liaison H – O, de l’intermédiaire réactionnel va sur l’atome d’oxygène, de l’intermédiaire réactionnel, et
comble ainsi le déficit en électron de l’atome d’oxygène et
entraîne
le départ de l’ion hydrogène
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