Introduction : chimie organique et carbone

 

I. Qu'est ce qu'�tudie la chimie organique ?

La chimie organique �tudie les mol�cules compos�es d'atomes de carbone et d'hydrog�ne. C'est le point commun entre toutes les mol�cules organiques.  

I.1.Voici quelques mol�cules organiques pour illustrer cela :

 

Ces mol�cules organiques sont diff�rentes car le nombre d'atomes varie, d'autres atomes peuvent venir se greffer sur les atomes de carbone et d'hydrog�ne (on parle alors d'h�t�ro atomes), la fa�on dont les atomes sont assembl�s, leurs structures ( une liaison simple ou une double liaison entre deux atomes par exemple). Tout cela a demand� que l'on regroupe les mol�cules ayant le m�me type de r�activit� ou poss�dant des groupements similaires.

II. Le cycle du Carbone

II.1. Le carbone a un r�le tr�s important dans les mol�cules organiques, d'o� vient-il, ?. Comment est-il produit ?<

II.2. Sch�ma de synth�se du cycle du carbone :

Ce sch�ma montre le cycle du carbone, sous sa forme gazeuse (CO₂) ou solide. Les v�g�taux produisent (lors de la respiration) et absorbent du CO₂ ( lors de photosynth�se). De m�me une certaine quantit� de CO₂ est dissoute dans l'eau. (Le dioxyde de carbone est utilis� aussi dans les boissons gazeuses mais en beaucoup plus concentr�). La d�composition de v�g�taux, d'�tres vivants produit aussi du CO₂ et la combustion des produits de cette d�composition (charbon, gaz naturel et p�trole) lib�re �galement du dioxyde de carbone.

Mais, comment obtient-on du charbon, du p�trole ou du gaz naturel � partir de la d�composition d'�tre vivants ?

II.2.1. Le charbon :

Le charbon provient de la d�composition de v�g�taux en milieu humide (mar�cageux). Ces d�bris ont ensuite �t�s recouverts d'�paisses couches d'alluvion. Les mol�cules de ces d�bris carbon�s ont �t� soumises � une forte pression et � une temp�rature �lev�e. Dans ces conditions, les mol�cules perdent leurs atomes d'hydrog�ne et d'oxyg�ne. Il ne reste plus que du carbone. Ce ph�nom�ne s'appelle carbonisation. Plus la carbonisation est longue, plus la teneur en carbone du charbon ainsi obtenu augmente.

II.2.2. Le p�trole & le gaz naturel :

A la base, il s'agit aussi d'une d�composition de mati�re organique d'origine v�g�tale et animale. Sous l'action de la chaleur, de la pression et de certaines bact�ries, cette mati�re organique a perdu ses atomes d'oxyg�ne et est devenue un m�lange d'hydrocarbures ( compos�s de carbone et d'hydrog�ne). Ces mol�cules liquides et gazeuses ont lentement travers� les roches poreuses pour �tre emprisonn�es dans des roches imperm�ables. La carbonisation est �galement pr�sente, car il y a une hausse de pression et de temp�rature, mais insuffisante pour faire perdre aux mol�cules leurs atomes d'hydrog�ne. Lorsque la quantit� de gaz emprisonn� dans la roche (gisement) est faible mais qu'il y a beaucoup de mol�cules liquides, on parle de gisement de p�trole, dans le cas contraire de gisement de gaz naturel. Les roches imperm�ables emprisonnant les hydrocarbures liquides et gazeux sont appel�es roche magasin. Et le p�trole trouve son nom tout naturellement de l'endroit o� on l'extrait : du latin P�tra (la pierre) et ol�um (huile).

Le p�trole est donc un m�lange d'hydrocarbures, mais comment les s�parent-on ? Car les mol�cules le composant ont des longueurs et des propri�t�s diff�rentes.

Les op�rations qui permettent la s�paration des diff�rentes longueurs de mol�cule ou longueur de cha�ne s'appelle Raffinage. Le raffinage est compos� de deux op�rations :

II.2.3. La distillation.

Les hydrocarbures (p�trole) contenus dans le m�lange ont une temp�rature d'�bullition diff�rente selon leur longueur de cha�ne. Pour s�parer les diff�rents hydrocarbures contenus dans le p�trole, on va le chauffer.

tour � distiller (sch�ma) note : la temp�rature diminue plus l'on monte dans la tour de distillation et la longueur de cha�ne des mol�cules diminue aussi; les plus longues (donc les plus lourdes) en bas et plus courtes (plus l�g�res) en haut	a. On porte le m�lange dans une tour � distiller � +/- 375�C
	b. Les diff�rentes mol�cules encore sous �tat liquide tombent dans un conduit, les autres sous forme gazeuse continuent leur ascension dans la tour.
	c. La temp�rature diminue plus on monte dans la tour. Certaines mol�cules se condensent et tombent sur un plateau o� elles sont recueillies � l'�tat liquide
	d. Les mol�cules encore toujours gazeuses arriv�es au sommet de la tour (t� < 60�C) restent gazeuses et se retrouveront dans nos bonbonnes de gaz les autres se sont condens�es � diff�rents niveaux..  Les diff�rentes longueurs de cha�ne s�par�es du p�trole brut s'appellent fractions. D�couvrons les diff�rentes fractions ci-contre.
	(c) sch�ma tour � distiller : Chimie Organique, troisi�me degr� (5 et 6) travail collectif r�alis� par des professeurs de chimie sous la direction des Inspecteurs Philippe ARNOULD et Jacques FURN�MONT et de Pierre COLLETTE, Formateur au CAF

II.2.4. La d�sulfuration :

Dans les diff�rentes fractions recueillies, il y a encore beaucoup d'atomes de soufre. Afin d'�viter que lors de la combustion l'on ne lib�re trop de SO₂ qui r�agit avec de l'oxyg�ne et l'eau pour former de l'acide sulfurique de mani�re incontr�l�e (pluies acides), on enl�ve une grande partie du soufre. Cela se r�alise en passant les hydrocarbures sous un courant d'hydrog�ne. Le soufre ayant une grande affinit� avec l'hydrog�ne est "pomp�" hors des hydrocarbures. L'on produira ensuite de l'acide sulfurique, mais de mani�re contr�l�e afin d ' �viter la formation de pluies acides.

Voici comment le SO₂ rel�ch� dans l'air lors de la combustion des hydrocarbures forme des pluies acides :

Voici qui cl�ture cette introduction. Nous avons vu qu'il peut y avoir des mol�cules compos�es des atomes H & C (hydrocarbures) et �galement des compos�s avec des h�t�ro atomes. Ces diff�rentes compositions ont �t�s regroup�es par la ressemblance de leurs propri�t�s sous diff�rentes fonctions.

 

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