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Physique-Chimie

Chimie

Stratégies de synthèses

Dans cette vidéo, Matisse de Studio aborde le sujet de la chimie verte et se concentre sur la synthèse du phénol en comparant deux procédés du point de vue de la chimie verte. Il explique que la chimie verte est un concept souvent présent dans les exercices de physique-chimie à la fin du bac, où l'on nous présente des notions nouvelles auxquelles on doit s'adapter. 

Il introduit tout d'abord le concept d'économie d'atomes, qui mesure l'efficacité d'un procédé en termes d'utilisation atomique. Il explique la formule mathématique qui permet de calculer l'économie d'atomes et souligne que les procédés verts ne sont pas seulement moins polluants, mais permettent également de réduire les dépenses.

Ensuite, il présente deux procédés de synthèse du phénol et analyse les dangers auxquels on peut être exposé lors de ces synthèses en se basant sur les conditions dans lesquelles elles sont réalisées.

Il répond ensuite à plusieurs questions. La première concerne les dangers lors des synthèses. Il indique que l'étape 1 présente des risques de brûlure et de surpression, l'étape 2 présente des risques de corrosion et l'étape 3 présente des risques de brûlure et de corrosion.

La deuxième question porte sur la valeur maximale de l'économie d'atomes. Il explique que la valeur maximale est de 1, car la réaction est équilibrée.

La troisième question demande d'écrire l'équation de la réaction pour chaque procédé. Il explique qu'il faut prendre en compte les réactifs et les produits des différentes étapes intermédiaires et montre les équations correspondantes.

La quatrième question demande de calculer l'économie d'atomes pour le procédé 1 en considérant que seule l'espèce chimique désirée est le phénol. Il applique la formule aux réactifs et produits de la réaction du procédé 1 et obtient un score de 0,62. Il conclut en expliquant que le procédé 2 est le plus performant en terme de chimie verte car il ne produit que le produit désiré, contrairement au procédé 1 qui produit une espèce indésirable.

En résumé, cette vidéo aborde le sujet de la chimie verte et compare deux procédés de synthèse du phénol du point de vue de l'économie d'atomes. Elle met en évidence l'importance de réduire les impacts environnementaux et les coûts dans les procédés chimiques industriels.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio, et dans cette vidéo on va se pencher sur la chimie verte. Alors on nous présente le phénol qui est un composé important en chimie organique industrielle car il est un intermédiaire de nombreuses réactions telles que la synthèse de l'aspirine. Nous allons nous intéresser dans cet exercice à la synthèse du phénol en comparant deux procédés du point de vue de la chimie verte. Alors c'est un concept qui n'est pas forcément à connaître en fait, c'est très classique dans un exercice type fin de bac, fin d'épreuve de physique chimie, où on va nous présenter des documents qui nous introduisent des notions que nous ne connaissons pas. En fait le but ce n'est pas de tester les candidats sur leur culture générale, mais plutôt de voir, en leur introduisant les notions correspondantes, comment est-ce qu'ils peuvent s'adapter. Donc il faut être habitué à lire des documents qui nous présentent des choses auxquelles on n'est pas habitué, c'est pas grave, on n'attendra rien de nous si ce n'est de l'adaptation. Alors, premier document, l'économie d'atomes. On utilise comme indicateur d'efficacité d'un procédé son économie d'atomes en utilisation atomique. Alors, l'économie d'atomes Ea d'une synthèse est définie par une formule mathématique, donc Ea qui est égale à A1 fois m1, la masse molaire du produit 1, plus A2 fois m2, la masse molaire du produit 2, plus etc. Divisé par B1 m1, la masse molaire du réactif 1, plus B2 m2, la masse molaire du réactif 2, plus etc. Avec, on le précise, Ai, Bi, les coefficients stoichiométriques, et Mi, les masses molaires des espèces chimiques. Donc c'est une définition qu'on aura simplement à appliquer. Par ailleurs, il est capital de remarquer qu'un procédé vert n'est pas seulement un procédé moins polluant. Il permet également aux fabricants de réduire ses dépenses. Voilà, il y a plusieurs avantages qui y sont associés. Et donc dans le document 2, on nous présente aussi deux procédés de synthèse du phénol. Le premier comme étant dit procédé au cumène, avec trois étapes. Et dans le procédé 2, on a simplement deux étapes qui n'est pas nommées. Alors première question, à quel danger peut-on être exposé lors de ces synthèses ? Donc là, il faut lire en précision les conditions dans lesquelles sont effectuées ces différentes synthèses. Donc dans la première étape, on a une pression assez forte de 34 bar, et puis un catalyseur acide à 190 degrés. Pareil, on est à 110 degrés à l'étape 2, sous une pression de 50 à 10 bar en milieu basique. Et étape 3, on est à 50 degrés en milieu légèrement acide. Donc ce qu'on peut dire, c'est dans l'étape 1, bien sûr à cause de la température très élevée et le milieu acide, on a des risques de brûlure et des risques de surpression. Il faut faire attention lorsqu'on dégaze les ampoules par exemple. L'étape 2, on a de plus de la corrosion qui peut intervenir du fait du milieu basique. Il faut faire attention à ses mains. Et puis dans l'étape 3, on a aussi de la brûlure et de la corrosion. Donc globalement, ce sont des éléments qui vont revenir à chaque fois qu'on a des paramètres compliqués à maîtriser. Dans le procédé 2, on a aussi 200 degrés comme température de milieu à laquelle la température est réalisée. L'acide est présent. L'hydrolyse à 600 degrés ensuite. Donc ce qu'on peut dire, c'est qu'il y a des risques de brûlure, de corrosion et de brûlure dans l'étape 2. C'est important de classifier, ça rapporte souvent des points et c'est des questions plutôt simples pour engranger des points. Alors, question 2, quelle valeur maximale l'économie d'atomes peut-elle atteindre ? La valeur maximale, si on se penche plus précisément dessus, au maximum d'après la définition, donc avec Ai qui est égal à Bi et qui est égal à 1, et bien Ea max est égal à 1 car la réaction est équilibrée. En fait, les masses molaires s'équivalent. Si on fait la somme des masses molaires des réactifs et des produits, c'est le même car la réaction est équilibrée. Même, peu importe l'écochimie, c'est faux ça d'ailleurs, peu importe l'écoefficience stoichiométrique en soi. De toute façon, comme la réaction est équilibrée, la somme des masses molaires, pondérée par l'écoefficience stoichiométrique, est bien sûr égale des deux par des réactifs et des produits, donc l'économie d'atomes est égale à 1. Ça permet d'avoir directement un ordre de grandeur. Et puis, la troisième question nous demande d'écrire l'équation de la réaction qui modélise la synthèse du phénol pour chacun de ces deux procédés. Donc il faut reprendre à chaque fois les étapes, puis regarder quels sont les réactifs, et parmi les produits des différentes étapes intermédiaires, est-ce qu'ils sont réutilisés ? Par exemple, le cumène juste ici, il est réutilisé là, donc il n'interviendra pas dans l'équation de bilan, il s'agit d'un intermédiaire réactionnel. Tandis que le dioxygène ici n'est pas synthétisé après, donc ça veut dire que c'est bien un réactif. Donc à partir de là, si on fait la somme de tout, le premier procédé donne cette équation bilan, qui produit bien du phénol juste ici, et un composé index, tandis que le procédé 2 produit seulement deux molécules de phénol. Alors, quatrième question, calculez la valeur de l'économie d'atomes dans le cadre du procédé 1 en considérant que la seule espèce chimique désirée est le phénol. Donc on va appliquer la définition au procédé 1. Donc si on considère l'économie d'atomes, alors là on applique la définition à la réaction bilan dans le 1, donc le seul procédé d'intérêt, on a dit que c'était le phénol, donc en produit intéressant au numérateur, c'est le seul qu'on va mettre, et on divise par les masses molaires avec un coefficient 1 stoichiométrique à chaque fois en dessous. Donc si on passe à l'application numérique, l'économie d'atomes nous donne 0,62, c'est ça le score, indiqué en justifiant le procédé qui paraît le plus performant dans le cadre du respect des principes de la chimie verte. Justement, avec cet indicateur d'économie d'atomes, le premier procédé produit une espèce qui est indésirable. Elle n'est pas souhaitée à être recueillie comme produit, tandis que le second ne synthétise que le procédé d'intérêt. En fait, l'économie d'atomes pour le deuxième procédé est de 1, donc dans le cadre de production durable de chimie verte, le procédé est le plus performant au vu de cet indicateur d'économie d'atomes. Il n'y a clairement pas de produit annexe qui viendrait freiner les différentes normes qu'impose la chimie verte en termes de ne pas dépasser certaines quantités de toxicité dans les polluants, dans les réactifs que l'on pourrait produire en sortie d'usine. En synthétisant seulement le procédé d'intérêt, on s'affranchit de tout ça et on l'a montré via ce facteur d'économie d'atomes. Merci beaucoup d'avoir regardé cette vidéo et puis à bientôt !

BAC : Chimie verte

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