1 Séquence 3 – SP03 Séquence 3 Les matériaux Sommaire Objectifs de la séquence
1 Séquence 3 – SP03 Séquence 3 Les matériaux Sommaire Objectifs de la séquence 1. Prérequis 2. Émulsions, tensioactifs, mousses, membranes 3. Colles et adhésifs 4. Conducteurs, semi-conducteurs, supraconducteurs, photovoltaïques, cristaux liquides 5. Nouveaux matériaux 6. Cycle de vie 7. Pour clore la séquence © Cned - Académie en ligne 3 Séquence 3 – SP03 Cbjectifs de la séquence O Extraire et exploiter des éléments tirés de documents scientifiques sur le thème des matériaux. Analyser un problème scientifique. Construire des étapes de résolution d’un problème scientifique et les mettre en œuvre. Recueillir et exploiter des informations pour relier les propriétés phy- siques d’un matériau à sa structure microscopique. Manifester sa compréhension de textes documentaires. Savoir extraire d’un document les informations utiles. Savoir calculer, utiliser une formule. Travailler en autonomie. Mobiliser ses connaissances. Rechercher, extraire, organiser des informations utiles. Formuler des hypothèses. Raisonner, argumenter, démontrer. © Cned - Académie en ligne 4 Séquence 3 – SP03 1 Prérequis Structure électronique des atomes, ions monoatomiques et molécules (niveau 2de) En fonction de l’énergie qu’ils possèdent, les électrons d’un atome viennent se placer successivement sur les couches électroniques K, L, M… Sur la couche K, on peut placer au maximum 2 électrons. Sur la couche L, on peut placer au maximum : 8 électrons. Ensuite vient la couche M pour laquelle tout se passe comme si elle se saturait à 8 électrons comme la couche L. Chaque élément est sous sa forme la plus stable lorsque sa dernière couche appelée couche électronique externe est saturée soit avec 2 électrons pour la couche K (règle du duet), soit avec 8 électrons pour les couches L ou M (règle de l’octet). Pour ceci un atome a deux solutions : soit établir des liaisons de covalence avec d’autres atomes, soit devenir un ion en perdant ou en gagnant des électrons. Deux atomes créent une liaison de covalence lorsqu’ils mettent en commun un doublet d’électrons. Le plus souvent, pour former le doublet de liaison appelé doublet liant, chaque atome apporte un électron de sa couche électronique externe. Ainsi les deux électrons sont mis en commun et participent au remplissage des couches électroniques des deux atomes de la liaison. En clair, cela rapporte un électron pour chacun des atomes. Ainsi chaque atome peut obéir soit à la règle du duet (pour l’hydrogène) soit à la règle de l’octet (pour tous les autres atomes) en formant autant de liaisons covalentes qu’il lui manquait d’électrons sur sa couche électronique externe. Ces atomes (représentés par leur symbole) liés entre eux par des liaisons covalentes (représentées par des traits) forment alors une molécule qu’on peut représenter par une formule développée. Donner la structure électronique et la place dans la classification périodique des atomes suivants : azote (Z = 7), oxygène (Z = 8), sodium (Z = 11) et soufre (Z = 16). Donner les ions monoatomiques stables correspondants. Quelle est la structure électronique de l’hydrogène (Z = 1) et de l’oxygène (Z = 8). Combien de doublets électroniques l’atome d’oxygène peut-il mettre en commun avec des atomes d’hydrogène ? A Test 1 Test 2 © Cned - Académie en ligne 5 Séquence 3 – SP03 Quelle est la formule développée de la molécule d’eau ? Représentation des molécules organiques (de la 2de à la Tle S) Dans une formule semi-développée, on n’indique pas les liaisons engageant un atome d’hydrogène. En effet, l’atome d’hydrogène n’ayant qu’un électron sur sa couche électronique externe, il ne formera toujours qu’une liaison simple avec son voisin. Dans les formules topologiques, on n’écrit plus les symboles C et H du carbone et de l’hydrogène. Il faut donc savoir établir la correspondance entre une formule semi-développée et une formule topologique et inversement. Donner les formules semi-développées et les formules topologiques de tous les isomères ayant pour formule brute C3H6O. Électronégativité des atomes et interactions entre molécules (1reS) L’électronégativité d’un atome est la propriété de cet atome d’attirer à lui les électrons. Lorsqu’il est associé dans une molécule à un atome moins électronégatif que lui, les électrons de la liaison chimique (doublet liant) sont plus proches de lui que de l’autre atome. On dit que la liaison est polarisée. De ce fait, de nombreuses molécules présentent ainsi un côté légèrement positif et un côté légèrement négatif. On les appelle des molécules polaires. Ces charges électriques provoquent des interactions électrostatiques entre les différentes molécules constituant le corps. Ces interactions sont appelées interactions de Van der Waals. Entre des molécules non polaires composées d’atomes de même électronégativité, les interactions de Van der Waals sont plus faibles mais existent tout de même car les atomes sont composés de particules chargées électriquement (électrons et noyau) qui peuvent interagir avec des molécules proches. À l’inverse, lorsque les interactions entre molécules concernent un atome d’hydrogène d’une molécule et un atome riche en électrons (N, O, Cl, F) d’une molécule voisine, elles sont très importantes et on parle alors de « liaison hydrogène ». Même dans le cas de la liaison hydrogène, ces interactions entre molécules sont B Test 3 C H Cl b+ b– H Cl b+ b– © Cned - Académie en ligne 6 Séquence 3 – SP03 beaucoup plus faibles que les liaisons covalentes à l’intérieur des molécules. On ne peut pas parler de liaison chimique. Quel type d’interactions intermoléculaires peut exister dans les corps suivants : glace, eau liquide, vapeur d’eau, éthanol liquide, heptane liquide. La résistance électrique (collège) Lorsqu’un corps est soumis à une tension électrique par l’action d’un générateur électrique (pile…), il peut laisser passer ou non le courant. Dans le premier cas, on appellera ce corps un conducteur ; dans l’autre cas un isolant. Un conducteur laissera passer d’autant plus facilement le courant électrique que la tension électrique qui lui est imposée est importante. Pour certains conducteurs appelés conducteurs ohmiques, les deux grandeurs précédentes (tension et intensité) sont proportionnelles. Le coefficient de proportionnalité est une propriété importante du conducteur appelée la résistance électrique notée R exprimée en ohm (<). La relation de proportionnalité entre la tension U et l’intensité I est appelée la loi d’Ohm : U R I = × Avec U en volt (V), I en ampère (A) et R en ohm (<) En chimie, on préfère utiliser la conductance G en siemens (S) pour caractériser le comportement d’un conducteur sous une tension électrique. Cette grandeur est l’inverse de la résistance. Attention, résistance et conductance ne sont pas caractéristiques du matériau mais dépendent aussi des caractéristiques géométriques de l’objet conducteur : un fil de cuivre fin et long a une résistance électrique plus élevée qu’un fil de cuivre épais et court. Pour caractériser les propriétés conductrices d’un matériau, on utilise la résistivité (en <.m) ou la conductivité (en S.m–1). Remarque Calculer la résistance R d’un conducteur ohmique traversé par un courant d’intensité I = 5 A et soumis à une tension U = 220 V. On note respectivement U la tension aux bornes d’un conducteur ohmique et I l’intensité du courant qui le traverse. On relève expérimentalement les valeurs suivantes des couples (U ; I) : U (V) 1,75 2,70 3,65 4,50 5,40 6,25 I (mA) 10,0 15,1 20,0 25,2 30,0 35,0 Test 4 D Test 5 Test 6 © Cned - Académie en ligne 7 Séquence 3 – SP03 Schématiser un montage électrique permettant l’acquisition de ces valeurs. Tracer la caractéristique (U ; I) du dipôle en prenant pour échelle sur l’axe des abscisses 1 cm pour 5 mA et sur l’axe des ordonnées 1 cm pour 1 V. Calculer une valeur approchée de la résistance R du dipôle. La température absolue La température absolue a pour unité le kelvin (symbole : K). On a la correspondance : T T (K) (°C) 273,15 = + . À quelle température, en °C, correspond le « zéro absolu » ? Compléter le tableau suivant : T (°C) -10 25 T (K) 0 273,15 373,15 E Test 7 © Cned - Académie en ligne 8 Séquence 3 – SP03 2 Émulsions, tensioactifs, mousses, membranes Manifester sa compréhension de textes documentaires. Savoir calculer, utiliser une formule. Recueillir et exploiter des informations pour relier les propriétés physiques d’un matériau à sa struc- ture microscopique. Mobiliser ses connaissances. Rechercher, extraire, organiser des informations utiles. Formuler des hypothèses. Raisonner, argumenter, démontrer. Objectifs d’apprentissage Toutes les notions abordées dans le cours ne sont pas à connaître. Par contre, vous devez être capable de réaliser les activités et les exercices. Avertissement Pour débuter La recette de la mayonnaise À partir du document suivant, et en utilisant une démarche expérimentale, énoncer un protocole permettant de vérifier les différents paramètres permettant de réussir une mayonnaise. Vous serez ensuite libre de tester ce protocole chez vous. « En cherchant dans un livre de cuisine, on trouve la recette suivante pour bien réussir une mayonnaise : – Prendre un oeuf et de l’huile et les garder pendant une bonne heure à température ambiante uploads/Finance/ al7sp03tepa0013-sequence-03.pdf
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- Publié le Jui 01, 2022
- Catégorie Business / Finance
- Langue French
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