Td corrigé Ressources pour faire la classe - Académie de Grenoble pdf

Ressources pour faire la classe - Académie de Grenoble

1) Auteur, tuteur dans l'Ead médiatisé : quel statut pour l'enseignant ? .... par la personne ayant le droit de l'utiliser, y compris pour corriger des erreurs. .... plus ou moins interactifs comme des cartes animées, des exercices à trous, du son .... la rochelle. http://www.uel-pcsm.education.fr/consultation/presentation/atelier1. html.




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Thème : Analyse spectrale, spectres IR
Type de ressources : Documentaire
Notions et contenus : Identification de liaisons à l’aide du nombre d’onde correspondant ; détermination de groupes caractéristiques.
Mise en évidence de la liaison hydrogèneCompétence travaillée ou évaluée : Exploiter des spectres IR pour déterminer des groupes caractéristiques à l’aide d’une table de données.
Connaître les règles de nomenclature de ces composés.
Nature de l’activité : Démarche d’investigation
Résumé (en 5 lignes au plus) :
Sur un exemple dans la police scientifique, montrer l’utilité des spectres IR dans l’analyse
Tout en développant l’autonomie des élèves, l’activité vise à permettre une compréhension progressive de spectres IR et d’en appréhender l’importance dans l’analyse pour reconnaître des groupes caractéristiques et identifier des molécules,
Mots clefs : Spectres IR
Académie où a été produite la ressource : Grenoble



Physique-Chimie
Terminale S

Table des matières
 TOC \o "1-3" \u 1. Découverte  PAGEREF _Toc318360982 \h 2
1. Document d’introduction  PAGEREF _Toc318360983 \h 2
2. Première approche  PAGEREF _Toc318360984 \h 2
3. Analyse d’un spectre IR  PAGEREF _Toc318360985 \h 5
2. Analyse  PAGEREF _Toc318360986 \h 6
3. Application à la police scientifique  PAGEREF _Toc318360987 \h 7

Spectres IR
Découverte
Document d’introduction

« Les méthodes spectrales ont permis d’accroître de façon considérable les connaissances de la physique. La spectrométrie est devenue aujourd’hui un outil d’investigation indispensable aux laboratoire de police scientifique.
La spectrométrie d’absorption infrarouge est une technique d’analyse qui permet d’identifier des composés chimiques à partir de la nature des atomes et des liaisons qui les constituent. En effet, lorsqu’une molécule reçoit des radiations infrarouges elle absorbe de l’énergie, ce qui augmente l’amplitude des vibrations atomiques et libère de l’énergie sous forme de chaleur. Comme tous les atomes d’une molécule sont susceptibles de vibrer, les spectres émis dans l’infrarouge peuvent présenter de nombreuses bandes d’absorption qui correspondent chacune à un groupe d’atomes vibrants. … Le spectre obtenu comporte une ou plusieurs bandes d’absorption qui sont caractéristiques de la structure des molécules analysées……
Cette technique, à titre d’exemple, convient parfaitement pour l’identification des toners de photocopieurs ou la caractérisation de matériaux plastiques… »
Manuel de criminalistique moderne et de police scientifique – Alain Buquet

Première approche
Dans un premier temps, l’enseignant remet à chaque groupe la table de données simplifiée (cf. page 4) utilisée pour les analyses pour amener une discussion et introduire le sujet
Quelques questions peuvent être soulevées :
On peut remarquer que le document donne la table détaillée des nombres d’onde
Que signifie élongation ?
Quelle est l’unité du nombre d’onde ?
Quel est le lien entre le nombre d’onde et la longueur d’onde ?
Quel lien y a-t-il entre ce nombre et la liaison concernée sur le cas de OH libre ou associé ?
Que peut-on dire du nombre d’onde de la liaison C-H d’un alcane, d’un alcène ou d’un alcyne et que peut-on en déduire ?
Parmi les fonctions apparaissant dans la table de données, distinguer celles qui sont connues à l’issue de la première S (alcool, acide carboxylique, aldéhyde et cétones) et les nouvelles (amines, amides, esters).
On pourra à cette occasion réfléchir sur les termes primaires, secondaires et tertiaires (alcools et amines).
Définir également les termes aromatiques et aliphatiques.

Remarque : Cette partie peut être introduite sous forme d’une préparation préalable à la maison. On pourra par exemple distribuer la table de données et demander aux élèves pour le cours suivant de représenter les groupes fonctionnels connus et de chercher une définition des mots qui leur sont inconnus.

A l’issue de cette première approche, distribuer le document « Analyse d’un spectre IR » et faire compléter.

Table des nombres d'onde des vibrations de valence et de déformation
GroupementLiaisonNombre d’onde
(cm-1)Nature de la vibrationIntensitéAlcools et phénolsO-H libre3650-3590élongationVariable et fineAlcools et phénolsO-H assoc.3400-3200élongationForte et largeAcidesO-H assoc.3300-2500élongationForte et très largeAmines primairesN-H3500-3410 élongationMoyenne Amines secondairesN-H3500-3310élongationMoyenne  QUOTE   alcynesC-H=3300élongationMoyenne et fineAromatiquesC-H3080-3030élongationMoyenneHC=CH2 (vinyl)C-H3095-3075
3040-3010élongation
élongation Moyenne
Moyenne HC=CH ou C=CH
alcènesC-H3040-3010élongationMoyenne-CH3 alcanesC-H2960
2870élongation asym.
élongation sym.Forte
Forte-CH2- alcanesC-H2925
2850élongation asym.
élongation sym.Forte
Moyenne à forteAldéhydesC-H2900-2800
2775-2700élongation
élongationFaible
MoyenneAldéhydes aliphatiquesC=O1740-1720élongationForteAldéhydesC=O1715-1690élongationForteCétones aliphatiquesC=O1725-1705élongationForteCétones aromatiquesC=O1700-1670élongationForteAcidesC=O1725-1700élongationForteAmidesC=O1650-1700élongationForteEsters C=O1750-1730élongationForteAlcanesC-C1000-1200élongationForteAlcènesC=C1675-1645élongationMoyenneAlcynesC(C2100-2260élongationfineAromatiquesC=C1600 ; 1580
1500 ; 1450élongation ; 4 bandesVariables Amines aliphatiquesC-N1220-1020élongationMoyenne Amines aromatiquesC-N1360-1180élongationMoyenne à forteEstersC-O1300-1050élongation ; 2 bandesFortesAcidesC-O1300-1200élongationForteAlcools tertiairesC-O1200-1125élongationVariableAlcools secondairesC-O1125-1085élongationVariableAlcools primairesC-O1085-1050élongationVariableEthers C-O-CC-O1150-1020élongationForte Analyse d’un spectre IR
Une carte mentale pour se poser les bonnes questions :

Application sur un ou plusieurs exemples (en masquant nom et molécule) :


Analyse
Afin d’apprendre à repérer les « bandes d’absorption qui sont caractéristiques de la structure des molécules analysées », il s’agit ensuite de faire travailler les élèves sur une base de spectres IR imprimée au préalable, par groupe de 3 ou 4 sur des sujets imposés ou proposés par le groupe.
A titre d’exemples, on peut se demander :
Comment se comporte en IR une même liaison OH dans des composés différents
Influence de la liaison hydrogène sur la bande de liaison OH (lien avec le programme de première)
Influence du squelette sur la vibration OH
Comment utiliser les spectres IR pour distinguer des isomères
La spectroscopie IR permet-elle de suivre l’évolution d’une transformation chimique ?
Etc…

Les spectres sont téléchargeables à l’adresse suivante :
HYPERLINK "http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi"http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi

Le lien suivant donne accès à de nombreuses informations sur l’IR :
HYPERLINK "http://www.uel-pcsm.education.fr/consultation/reference/chimie/spectro/infra_rouge/index.htm"http://www.uel-pcsm.education.fr/consultation/reference/chimie/spectro/infra_rouge/index.htm

Chaque groupe pourra ensuite en fin de séance exposer brièvement à l’oral son choix de sujet, le raisonnement adopté et ses conclusions à l’ensemble de la classe.
Application à la police scientifique
Application rapide et ludique pour terminer l’étude.
Celle-ci peut également servir de base pour l’application de l’analyse d’un spectre en 1.3.

Problématique
Un meurtre a été commis… Sur la scène de crime, les techniciens de la police scientifique ont prélevé des fibres de plastique sur la veste de la victime, qui pourraient appartenir à son meurtrier. Parmi les suspects, lequel sera trahi par les analyses ? Le laboratoire va vous aider à le trouver.

Les fibres ont été analysées par spectrophotométrie IR et le spectre est le suivant :


Le coupable est-il :
Mme Parfum qui manipule toute la journée des flacons en polyéthylène

M. Cylindré qui fabrique des injections pour voitures à base de polyphtalamide

Mme Concerto qui emballe des chaînes Hifi dans des boîtes en polystyrène

M. Limonade qui travaille dans une usine fabriquant des bouteilles de boissons gazeuses en polyéthylène téréphtalate

M. Soigneur qui suture ses patients avec du fil résorbable en polyglycolide

Expliquez clairement votre démarche sous forme d’un rapport d’enquête écrit.











oui

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non

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