Chimie — PCSI (3 h / semaine au S1)
Structure conforme à l'annexe 3 de l'arrêté du 5 janvier 2021. Trois grandes parties au tronc commun : transformation de la matière, architecture de la matière, transformations en solution aqueuse. Au second semestre, l'option chimie ajoute la chimie organique et approfondit ; l'option SI garde une chimie réduite.
Outils transversaux : tableau d'avancement, quotient réactionnel, constante d'équilibre, bilans de matière, lecture de diagrammes, exploitation de données expérimentales (spectrophotométrie, conductimétrie, pH-métrie).
Premier semestre — tronc commun
Partie 1 — Transformation de la matière
C1.1 Description d'un système et évolution vers un état final
États physiques, corps purs et mélanges, diagramme d'état (P,T) d'un corps pur, variance (notion), concentration, fraction molaire, pression partielle, activité. Transformation chimique : équation, avancement, tableau d'avancement, quotient de réaction Q_r, constante d'équilibre K° (loi d'action des masses), critère d'évolution (Q_r < K° ⇒ sens direct), état final (équilibre ou réaction totale), taux d'avancement. Capacité clé : déterminer la composition à l'état final à partir de K° et de l'état initial, y compris quand il faut résoudre une équation du second degré ou faire une hypothèse « réaction quasi totale ».
C1.2 Évolution temporelle d'un système chimique — cinétique
Vitesse de réaction (vitesse volumique, vitesse de formation/disparition), lois de vitesse, ordre (0, 1, 2), constante de vitesse, temps de demi-réaction, méthode intégrale et méthode différentielle, dégénérescence de l'ordre, loi d'Arrhenius (énergie d'activation), suivi expérimental (spectrophotométrie, conductimétrie, pH). Mécanismes réactionnels : actes élémentaires, molécularité, intermédiaires, approximation de l'état quasi stationnaire (AEQS), étape cinétiquement déterminante, catalyse. Capacité clé : établir une loi de vitesse à partir d'un mécanisme avec l'AEQS.
Partie 2 — Architecture de la matière
C2.1 Classification périodique et structure électronique
Modèle quantique de l'atome (nombres quantiques, orbitales s/p/d), règles de remplissage (Klechkowski, Pauli, Hund), configuration électronique, électrons de valence, structure de la classification (blocs, périodes, familles), électronégativité, évolution des propriétés (rayon, énergie d'ionisation), ions usuels. Capacité clé : écrire une configuration électronique et positionner un élément dans le tableau.
C2.2 Molécules et solvants
Schémas de Lewis (règle de l'octet, charges formelles, hypervalence, mésomérie), géométrie VSEPR (AXₙEₚ), polarité des liaisons et des molécules (moment dipolaire), interactions intermoléculaires (van der Waals, liaison hydrogène), solvants (polarité, proticité, permittivité), solubilité, miscibilité, dissolution, propriétés physiques (températures d'ébullition, etc.). Capacité clé : prévoir géométrie et polarité ; justifier une solubilité par les interactions.
C2.3 Solides cristallins (selon progression : fin S1 ou S2)
Modèle du cristal parfait, maille, réseau cubique faces centrées (CFC), coordinence, compacité, masse volumique, sites interstitiels (octaédriques, tétraédriques), cristaux métalliques, ioniques (NaCl, CsCl), covalents (diamant, graphite), moléculaires (glace). Capacité clé : calculer compacité et masse volumique d'un CFC ; placer les sites.
Second semestre — tronc commun
Partie 3 — Transformations chimiques en solution aqueuse
C3.1 Réactions acido-basiques
Couples acide/base, pKa, diagrammes de prédominance et de distribution, échelle d'acidité dans l'eau, calcul de pH (acide fort/faible, base, solution tampon), titrages acido-basiques (courbes, équivalence, indicateurs colorés, suivi pH-métrique et conductimétrique).
C3.2 Réactions de précipitation et de complexation
Produit de solubilité Ks, condition de précipitation, solubilité et facteurs d'influence (pH, ion commun), complexes (constante de formation β, diagrammes de prédominance), titrages par précipitation/complexation.
C3.3 Réactions d'oxydoréduction
Nombre d'oxydation, couples, demi-équations, potentiel de Nernst, prévision du sens d'une réaction, constante d'équilibre à partir des E°, piles (fem, polarité, capacité), titrages redox, diagrammes potentiel-pH (lecture et exploitation ; construction simple en option chimie). Capacité clé : calculer une constante d'équilibre redox à partir des potentiels standard.
Second semestre — option chimie (→ PC)
En plus du tronc commun (volume porté à ~5,5 h) :
CO.1 Chimie organique — stéréochimie
Représentations (Cram, Newman, topologique), isomérie de constitution, stéréoisomérie (conformations, énantiomérie, diastéréoisomérie, descripteurs R/S et Z/E), chiralité, activité optique, mélange racémique.
CO.2 Réactivité en chimie organique
Sites électrophiles/nucléophiles, mécanismes par flèches courbes, substitutions nucléophiles (SN1, SN2, facteurs), éliminations (E1, E2, règle de Zaïtsev), additions sur les alcènes (hydratation, halogénation, régiosélectivité de Markovnikov), organomagnésiens (formation, réactivité sur dérivés carbonylés), stratégie de synthèse (protection, sélectivité), techniques expérimentales (extraction, recristallisation, chromatographie, spectroscopie IR et RMN — lecture).
CO.3 Approfondissements
Diagrammes E-pH (construction), cinétique approfondie, solides cristallins si non traités.
Second semestre — option SI (→ PSI)
Chimie réduite (~2 h) : tronc commun de la partie 3 (acide-base, précipitation, redox, lecture de diagrammes E-pH) avec moins d'approfondissement. Pas de chimie organique. En PSI, la chimie du concours porte sur l'oxydoréduction, la thermochimie et les diagrammes — bases posées ici.
Formation expérimentale (TP à connaître)
Dosages (pH-métrique, conductimétrique, colorimétrique, redox), suivi cinétique par spectrophotométrie (loi de Beer-Lambert), préparation de solutions, détermination d'un Ks, pile, synthèse organique simple avec purification (option chimie), mesure de point de fusion.
Priorités de septembre
- Tableau d'avancement + K° + Q_r : la mécanique de base de toute l'année.
- Cinétique : reconnaître un ordre sur un graphe (ln C, 1/C, C linéaires selon l'ordre).
- Lewis / VSEPR : automatismes à installer tôt, ça revient partout.