Définitions fondamentales en chimie et physique

Les acides cèdent des ions H+ tandis que les bases les captent - c'est la base de toutes les réactions acido-basiques que tu étudieras. L'absorbance mesure combien une solution colorée absorbe la lumière, très utile pour les dosages.

Pour les calculs, retiens la loi des gaz parfaits : P × V = n × R × T. Elle relie pression, volume, quantité de matière et température. Le volume molaire Vm = V/n te donne le volume occupé par une mole de gaz.

En électricité, la conductance G = 1/R = I/U et la conductivité σ = l/S × G caractérisent la capacité d'un matériau à conduire le courant. Pour les dosages, l'équivalence correspond au moment où les réactifs sont dans les bonnes proportions stœchiométriques.

Astuce : Pour trouver l'équivalence, utilise la méthode des tangentes en pH-métrie ou la courbe dérivée en conductimétrie !

Les trois lois de Newton gouvernent tout mouvement : principe d'inertie $ΣF = 0 ⟺ v = constante$, principe fondamental $ΣF = ma$, et actions réciproques $F_A/B = -F_B/A$. Dans le repère de Frenet, l'accélération a deux composantes : tangentielle et centripète.

Cinétique chimique et équilibres

La vitesse volumique quantifie comment varie la concentration d'un réactif au cours du temps : v = Δ$P$/Δt. Le temps de demi-réaction correspond à la durée nécessaire pour consommer la moitié du réactif limitant.

Pour accélérer une réaction, tu peux chauffer le milieu, ajouter un catalyseur ou augmenter la concentration. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques super efficaces qui accélèrent les réactions dans ton corps !

L'équilibre dynamique est fascinant : les quantités de matière n'évoluent plus, mais les réactions continuent dans les deux sens. Le quotient de réaction QR compare les concentrations à un instant donné, tandis que la constante d'équilibre K donne sa valeur à l'équilibre.

À retenir : Si QR < K, la réaction va dans le sens direct. Si QR > K, elle va dans le sens opposé !

Les piles transforment l'énergie chimique en électricité grâce à deux demi-piles reliées par un pont salin. L'anode $borne +$ est le siège de l'oxydation, la cathode $borne -$ de la réduction. Le pont salin assure la neutralité électrique et ferme le circuit.

Électrochimie et mécanique céleste

Dans une pile cuivre-aluminium, le cuivre se réduit $Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu$ et l'aluminium s'oxyde $Al → Al³⁺ + 3e⁻$. La force électromotrice (fem) correspond à la tension à vide de la pile. La capacité électrique Qmax indique la quantité maximale de charges qu'elle peut fournir.

La loi de gravitation de Newton explique pourquoi les planètes tournent autour du Soleil : F = G×Ms×MT/d². Plus une planète est proche du Soleil (périhélie), plus elle va vite !

Les trois lois de Kepler décrivent le mouvement des planètes. La première dit qu'elles suivent des ellipses avec le Soleil à un foyer. La deuxième (loi des aires) montre qu'elles accélèrent près du Soleil. La troisième relie période et distance : T² est proportionnel à a³.

Fun fact : La Terre va plus vite en janvier (périhélie) qu'en juillet (aphélie) !

L'énergie mécanique Em = Ec + Ep se conserve en l'absence de frottements. L'énergie cinétique Ec = ½mv² dépend de la vitesse, l'énergie potentielle Ep de la position.

pH, acides-bases et chimie organique

L'eau s'autodissocie selon Ke = $H₃O⁺$$OH⁻$, la constante d'autoprotolyse. Pour un acide fort, pH = -log$C/C₀$, mais pour un acide faible, c'est plus complexe car il ne se dissocie que partiellement.

La constante d'acidité KA mesure la force d'un acide : plus KA est grand, plus l'acide est fort et plus son pKA est petit. Le diagramme de prédominance te montre qu'à pH < pKA, la forme acide prédomine, et à pH > pKA, c'est la base conjuguée.

Les indicateurs colorés changent de couleur selon le pH. En dessous de pKA - 1, tu vois la couleur acide, au-dessus de pKA + 1, la couleur basique. Entre les deux, c'est la zone de virage avec un mélange des couleurs.

Mémorisation : Plus un acide est fort, plus son pKA est petit et plus son KA est grand !

En chimie organique, retiens les groupes fonctionnels essentiels : -OH (alcool), C=O (carbonyle), -COOH (acide carboxylique), -COO-R (ester), -NH₂ (amine). Le squelette carboné peut être saturé (liaisons simples) ou insaturé (liaisons multiples).

Réactions et polymères

Les isomères ont la même formule brute mais des formules développées différentes - ils ont donc des propriétés distinctes ! Les polymères sont des macromolécules formées par l'enchaînement répétitif d'un motif appelé monomère.

Pour augmenter la vitesse d'une réaction, tu peux chauffer, ajouter un catalyseur ou augmenter la concentration des réactifs. Pour améliorer le rendement, ajoute un réactif en excès ou élimine les produits au fur et à mesure.

Le montage à reflux utilise plusieurs éléments clés : les grains de pierre ponce homogénéisent la température, le réfrigérant à boules favorise le reflux des vapeurs pour éviter les pertes, et le sulfate de magnésium absorbe les traces d'eau dans la phase organique.

Les trois types de réactions importantes sont : la substitution (remplacement d'un atome), l'addition (transformation d'une double liaison en simple), et l'élimination (formation d'une double liaison). La polyaddition utilise des doubles liaisons C=C, tandis que la polycondensation libère de petites molécules.

Chimie verte : Privilégier la catalyse et réduire la dépense énergétique pour respecter l'environnement !

Thermodynamique et radioactivité

L'énergie totale d'un système se décompose en énergie mécanique et énergie interne U. Cette dernière correspond aux énergies cinétique et potentielle microscopiques des particules. La variation ΔU = C × ΔT = m × c × ΔT.

Le transfert thermique se fait spontanément du chaud vers le froid par trois modes : conduction (de proche en proche), convection (par mouvements de matière), et rayonnement (par ondes électromagnétiques). Le flux thermique Φ = Q/Δt mesure la rapidité du transfert.

En physique nucléaire, un noyau AZX contient A nucléons dont Z protons et N = A-Z neutrons. Les lois de conservation imposent que lors d'une réaction nucléaire, A et Z se conservent : A = A₁ + A₂ et Z = Z₁ + Z₂.

Premier principe : Pour un système fermé sans travail mécanique, ΔU = Q !

Les trois types de désintégration radioactive sont : α (émission d'un noyau d'hélium), β⁻ (émission d'un électron), et β⁺ (émission d'un positon). La loi de décroissance N(t) = N₀ × e^$-λt$ décrit l'évolution d'une population de noyaux radioactifs.

Ondes et polymérisation

Le temps de demi-vie t₁/₂ = ln(2)/λ correspond à la durée pour que la moitié des noyaux radioactifs se désintègrent. C'est une constante caractéristique de chaque isotope, très utile pour la datation !

Les réactions de polymérisation créent des macromolécules à partir de monomères. La polyaddition utilise des doubles liaisons C=C qui s'ouvrent pour se lier. La polycondensation libère de petites molécules comme H₂O lors de la formation des liaisons.

Les ondes mécaniques (comme le son) se propagent dans un milieu matériel, contrairement aux ondes électromagnétiques (comme la lumière) qui peuvent se propager dans le vide. Les ondes sonores ont des fréquences de 17 Hz à 17 kHz, la lumière visible de 400 à 800 nm.

La diffraction modifie la direction de propagation d'une onde au passage d'une petite ouverture, selon θ = λ/a. Les interférences résultent de la superposition d'ondes : constructives quand les crêtes coïncident, destructives quand crêtes et creux se rencontrent.

Condition d'interférences : Les ondes doivent être synchrones, de même nature et cohérentes !

Acoustique et caractéristiques des ondes

Les interférences constructives se produisent quand δ = p×λ (p entier), les destructives quand δ = $p+1/2$×λ. L'interfrange i = λD/b donne l'écartement entre deux franges brillantes consécutives.

Une onde est la propagation d'une perturbation dans un milieu. L'élongation mesure l'amplitude, la célérité v la vitesse de propagation. La relation fondamentale est v = λ×f, où λ est la longueur d'onde et f la fréquence.

L'intensité sonore I = P/S (puissance par unité de surface) se mesure en W/m². Le niveau d'intensité sonore L = 10×log$I/I₀$ s'exprime en décibels (dB). L'atténuation A = Li - Lf quantifie la perte d'intensité.

Oreille humaine : Perçoit les sons de 20 Hz à 20 000 Hz. En dessous : infrasons, au-dessus : ultrasons !

Un son pur n'a qu'un seul pic (le fondamental), un son composé a un fondamental plus des harmoniques. Cette différence explique pourquoi une même note jouée au piano et au violon ne sonne pas pareil !

Polarité des liaisons et optique

La différence d'électronégativité Δχ détermine le type de liaison : < 0,4 (non polarisée), entre 0,4 et 2 (polarisée), > 2 (ionique). Les sites donneurs (δ⁻) ont un excès d'électrons, les accepteurs (δ⁺) un défaut.

Un intermédiaire réactionnel est une espèce formée puis transformée pendant la réaction - elle n'apparaît pas dans l'équation bilan mais joue un rôle clé dans le mécanisme.

En optique, le grossissement angulaire β = θ'/θ compare les angles sous lesquels on voit l'objet avec et sans instrument. La convergence C = 1/f' caractérise le pouvoir de convergence d'une lentille (en dioptries δ).

Relation de conjugaison : 1/OA' - 1/OA = 1/f' relie les positions de l'objet et de l'image !

Le grandissement γ = OA'/OA indique si l'image est agrandie (|γ| > 1) ou réduite (|γ| < 1). Pour un condensateur, q = C×u relie charge, capacité et tension. L'intensité i = C×du/dt dépend de la variation de tension.

Mécanique des fluides et ondes électromagnétiques

La pression P = F/S (force par unité de surface) s'exprime en pascals. La loi fondamentale de la statique des fluides P₂ - P₁ = ρg$z₁ - z₂$ relie la différence de pression à la différence d'altitude.

La poussée d'Archimède Π = ρ_fluide × g × V_immergé explique pourquoi les objets flottent ! Cette force s'oppose toujours au poids et dépend du volume de fluide déplacé, pas du poids de l'objet.

Pour un fluide incompressible en écoulement, le débit volumique reste constant : D = v₁S₁ = v₂S₂. Si la section diminue, la vitesse augmente - c'est pourquoi l'eau jaillit plus fort quand tu bouches partiellement un tuyau d'arrosage !

Principe de continuité : Dans un conduit, quand ça rétrécit, ça accélère !

Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à c = 3×10⁸ m/s avec λ = c/ν. L'énergie d'un photon E = h×ν = h×c/λ montre que plus la fréquence est élevée, plus le photon est énergétique.