Chimie et environnement, la chimie "verte"

Fiche de présentation de la ressource |Classe : 1ère STL |Enseignement : Physique et chimie en |
| |laboratoire | |Thème du programme : |Sous-thèmes : |
|- Chimie : enjeux sociétaux, |- La chimie face à l'environnement |
|économiques et environnementaux |- Synthèses et environnement |
|- Synthèses chimiques | | |Titre : |
|Chimie et environnement , la chimie "verte". |
|Efficacité, solvants, réactifs, procédés. | Extraits du BOEN : |NOTIONS ET CONTENUS |CAPACITÉS |
|La chimie face à l'environnement : |- Citer des implications de la |
|- Rôle de la chimie dans des |chimie dans des études menées sur |
|problématiques liées à |l'environnement ou des actions |
|l'environnement. |visant à le préserver. |
|- Toxicité de certaines espèces |- Choisir, parmi plusieurs |
|chimiques. |procédés, celui qui minimise les |
|- Impact environnemental des |impacts environnementaux. |
|synthèses et des analyses. | |
|Synthèses chimiques : |- Citer les exigences en matière de|
|- Synthèses et environnement |chimie « verte » ou durable, en ce |
|(réactifs et solvants : choix, |qui concerne les choix des matières|
|toxicité). |premières, des réactions et des |
|- Analyse de l'impact |procédés, ainsi que |
|environnemental d'une |d'éco-compatibilité du produit |
|synthèse. |formé. |
|- Chimie « verte ». |- Comparer les avantages et les |
|- Agroressources. |inconvénients de différents |
| |procédés de synthèse. |
| |- Citer quelques utilisations |
| |importantes des agroressources en |
| |synthèse organique et exploiter des|
| |documents pour illustrer leur part |
| |croissante en tant que matières |
| |premières. | Compétences transversales et attitudes :
? Rechercher, extraire, organiser des informations utiles.
? Formuler des hypothèses.
? Raisonner, argumenter, démontrer.
? Travailler en équipe. Type de ressource :
? Complément scientifique à destination des enseignants, pour séquence
d'enseignement.
? Activité documentaire.
? Banque de données, sitographie, bibliographie.
? Suggestion d'activités expérimentales. Résumé du contenu de la ressource (et conditions de mise en ?uvre si
besoin) : Document destiné aux enseignants pour élaborer les séquences d'enseignement
(cours / TD) relatives à la chimie verte (les fondements, les
agroressources, les notions d'économie atomique et de facteurs
environnementaux), à l'utilisation des solvants et à leur remplacement ou
leur limitation (solvants supercritiques, liquides ioniques, transfert de
phase, réactifs supportés), aux réactifs et procédés "verts" (micro-ondes,
ultrasons). Des activités expérimentales sont indiquées ou suggérées. Relativement
simples à réaliser, elles permettent d'utiliser d'emblée les méthodes
modernes de synthèse qui seront mises en ?uvre, autant que possible, dans
les autres parties du programme. Il semble souhaitable de traiter cette partie en début d'année, comme cela
est suggéré par la place occupée dans le référentiel. Cela permet de poser
les notions de base et de bien présenter l'esprit du nouveau programme en
accord avec les préoccupations actuelles de la chimie. Des notions de nomenclature sont utiles mais elles peuvent être introduites
au fur et à mesure des besoins, surtout pour montrer la logique de la
construction des noms.
La partie "efficacité atomique" nécessite de savoir équilibrer une réaction
chimique. |Mots clés de recherche : |
|chimie verte, agroressources, économie d'atomes, facteur environnemental, |
|solvant, solvant supercritique, liquide ionique, catalyse par transfert de|
|phase, ammoniums quaternaires, éthers couronnes, cryptands, réactifs |
|supportés, argiles, silice, alumine, résines échangeuses d'ions, réactions|
|sans solvants, micro-ondes, ultrasons, sonochimie | |Provenance : Frédéric GILLARD, frederic.gillard@ac-strasbourg.fr | Chimie et environnement, la chimie "verte".
Efficacité, solvants, réactifs, procédés. Objectifs :
- O1 : Citer les exigences en matière de chimie « verte » ou durable, en ce
qui concerne les choix des matières premières, des réactions et des
procédés, ainsi que l'écocompatibilité du produit formé.
- O2 : Comparer les avantages et les inconvénients de procédés de synthèse.
- O3 : Citer quelques utilisations importantes des agroressources en
synthèse organique et exploiter des documents pour illustrer leur
alternative à la pétrochimie et leur part croissante en tant que matières
premières. Plan :
0. Sources générales.
1. Introduction.
2. Historique rapide.
3. Les exigences de la chimie "verte".
4. Mise en ?uvre des exigences de la chimie verte.
4.1. Le choix de la matière première.
Les intérêts.
À quoi faut-il faire attention ?
Utilisation de ressources agricoles.
Utilisation des biotechnologies.
Activité documentaire par groupes.
4.2. Le choix des réactions : l'efficacité.
Une notion nouvelle : l'économie d'atomes Eat.
Une notion voisine : le facteur environnemental E.
Le facteur environnemental de qualité Q.
Applications, exercices.
4.3. Le choix des réactions : limitation des produits secondaires.
Exemple de l'ibuprofène.
Activité expérimentale possible :
acylation de Friedel-Crafts du (2-méthylpropyl)benzène pour donner
le 4-acétyl-(2-méthylpropyl)benzène, méthode classique et/ou
utilisation de réactif supporté
4.4. Le choix des réactifs.
Exemple des isocyanates et des polyuréthanes.
4.5. Le choix des solvants.
Quelles sont les qualités d'un solvant de réaction ?
Quelles sont les qualités d'un solvant d'extraction ?
Comment doit se situer son point d'ébullition ?
Quels sont les solvants couramment utilisés ?
Activités documentaires associées.
4.6. Les solutions de remplacement aux solvants classiques.
4.6.1. L'extraction au CO2 supercritique.
4.6.2. Les liquides ioniques.
Activité expérimentale : synthèse d'un liquide ionique : le
chlorure de 1-octyl-3-méthylimidazolium (omim-Cl) - possibilité de
synthèse d'un liquide ionique à base N-alkylpyridinium -
utilisation ultérieure possible dans une réaction de Friedel-
Crafts.
4.6.3. Le transfert de phase : les ions ammoniums quaternaires ; les
éthers couronnes, les cryptands ; la chimie supramoléculaire.
4.6.4. Les réactifs supportés : les supports minéraux : argiles,
silice, alumine ; les résines échangeuses d'ions.
4.6.5. Les réactions sans solvants.
5. Les avantages et les inconvénients de différents procédés de synthèse.
5.1. L'utilisation des micro-ondes.
Principe de fonctionnement, chauffage des aliments, utilisation en
chimie, les fours micro-ondes utilisés en chimie, avantages et
inconvénients du procédé, exemple illustrant les avantages
économiques, applications expérimentales avec un four micro-ondes
domestique.
5.2. L'utilisation des ultrasons : la sonochimie.
Effet des ultrasons dans un liquide, conséquences mises à profit pour
la chimie, les appareils utilisés. 0. Sources générales. Ref.1. Une source essentielle : le site CultureSciences-Chimie (Eduscol) :
http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-index.html
On y trouve, entre autres, le dossier "La chimie verte" rédigé par Hagop
Demirdjian (professeur agrégé à l'ENS) :
- Ref.1a : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-
dossierstransversaux-EEDD-Chimie_Verte_Demirdjian.html
- Ref.1b : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-
article-Utilisation_Atomique_Demirdjian.html
Et les références citées dans ces articles. Ref.2. La chimie verte
http://domsweb.org/ecolo/chimie-verte.php Ref.3. La chimie verte, une chimie plus respectueuse de l'environnement
http://www.developpement-durable-lavenir.com/2005/10/06/la-chimie-verte-une-
chimie-plus-respectueuse-de-l-environnement Ref.4. Le site de l'US Environmental Protection Agency (EPA) :
- Ref.4a : prévention de la pollution : http://www.epa.gov/p2/index.htm
- Ref.4b : partie concernant la chimie verte :
http://www.epa.gov/gcc/index.html
- Ref.4c : lois, règlements : http://www.epa.gov/lawsregs/
- Ref.4d : le " Pollution Prevention Act" :
http://www.epa.gov/p2/pubs/p2policy/act1990.htm
- Ref.4e : partie concernant la couche d'ozone :
http://www.epa.gov/ozone/defns.html Ref.5. Le site de l'American Chemical Society consacré à la chimie verte :
http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_TRANS
ITIONMAIN&node_id=830&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=681fcf30-
2e43