Circuit électrique simple avec une seule lampe ou un moteur :

- rôle du générateur ;

- fils de connexion ;

- rôle de l'interrupteur.

 Du dessin au schéma, symboles normalisés.

 Notion de boucle.

 Approche de la notion de court-circuit. 

Circuit électrique en boucle simple

 Utilisation de : générateur, interrupteur, lampes, moteur, DEL, diode, fils de connexion, résistances (conducteurs ohmiques), en se limitant, outre les interrupteurs, à un générateur et trois dipôles.

 Influence de l'ordre et du nombre de dipôles autres que le générateur.

 Conducteurs et isolants.

Cas particuliers de l'interrupteur et de la diode.

Caractère conducteur du corps humain.

Sens conventionnel du courant.

 Le circuit électrique comportant des dérivations.

Retour sur le court-circuit : distinction entre court-circuit d'un générateur et court-circuit d'une lampe.

Test de reconnaissance de l'eau.

Mélanges homogènes et corps pur.

Les eaux, mélanges homogènes.

Les changements d'états de l'eau, approche phénoménologique

Les changements d'état sont inversibles.

Cycle de l'eau.

Mesures de masses, unité, le kilogramme (kg).

Mesures de volumes, unité, le mètre cube (m³).

Distinction entre masse et volume.

Conservation de la masse au cours des changements d'état et non conservation du volume.

Repérage d'une température, unité : le degré Celsius (°C).

Existence d'un palier de température lors d'un changement d'état pour un corps pur.

L'eau solvant

L'eau est un solvant de certains solides et de certains gaz, elle est miscible à certains liquides.

SOURCES DE LUMIÈRE ET IMPORTANCE DE LA DIFFUSION

Entrée de la lumière dans l'oeil

Existence de deux types de sources de lumière :

- les sources primaires (étoiles, Soleil...) ;

- les objets diffusants (planètes, satellites, murs blancs...).

Une condition nécessaire pour la vision : l'entrée de la lumière dans l'oeil.

Propagation rectiligne de la lumière

Le faisceau de lumière.

Modèle du rayon de lumière.

Sens de propagation de la lumière.

Ombre propre, ombre portée et cône d'ombre : interprétation en termes de rayons de lumière.

Système Soleil-Terre-Lune

Phases de la Lune, éclipses : interprétation simplifiée.

Intensité et tension

Introduction opératoire de l'intensité et de la tension.

Intensité : mesure, unité.

Tension : mesure, unité.

Notion de branche et de noeud.

Lois d'unicité de l'intensité en courant continu dans un circuit série et d'additivité de l'intensité dans un circuit comportant des dérivations.

Loi d'additivité vérifiée par la tension.

Le comportement d'un circuit en boucle simple est indépendant de l'ordre des dipôles associés en série qui le constituent.

Caractère universel (indépendant de l'objet) des deux lois précédentes.

Adaptation d'un dipôle à un générateur donné.

Intensité et tension nominale.

Surtension et sous-tension.

La résistance

Approche expérimentale de la "résistance" électrique.

Unité de résistance électrique.

La loi d'Ohm

Le modèle du dipôle ohmique déduit des résultats expérimentaux.

Loi d'Ohm.

Sécurité : fusibles.

Le dioxygène, constituant de l'air avec le diazote.

Caractère compressible d'un gaz.

Masse d'un volume donné de gaz.

Distinction entre mélange et corps pur pour l'air et la vapeur d'eau.

L'existence de la molécule.

Les trois états de l'eau à travers la description moléculaire :

- l'état gazeux est dispersé et désordonné ;

- l'état liquide est compact et désordonné ;

- l'état solide est compact, les solides cristallins sont ordonnés.

Interprétation de la conservation de la masse lors des changements d'états et lors des mélanges.

Les combustions

Test du dioxyde de carbone : le dioxyde de carbone réagit avec l'eau de chaux pour donner un précipité de carbonate de calcium.

Combustion du butane et/ou du méthane.

Tests du dioxyde de carbone et de l'eau formés.

Interprétation atomique de deux ou trois combustions.

Les molécules sont constituées d'atomes.

La disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits correspond à un réarrangement d'atomes au sein de nouvelles molécules.

Les atomes sont représentés par des symboles, les molécules par des formules.

L'équation de la réaction précise le sens de la transformation (la flèche va des réactifs vers les produits).

Les atomes présents dans les produits sont de même nature et en même nombre que dans les réactifs.

La masse totale est conservée au cours d'une transformation chimique. Équilibrer une équation bilan.

Lumières colorées et couleur des objets

Premières notions sur les lumières colorées :

- rôle d'un filtre ;

- spectre continu ;

- superposition de lumières colorées.

Premières notions sur la couleur des objets.

En absorbant la lumière, la matière reçoit de l'énergie. Elle s'échauffe et transfère une partie de l'énergie reçue à l'extérieur sous forme de chaleur.

Lentilles : foyers et images

Principe de formation des images en optique géométrique.

Concentration de l'énergie avec la lentille mince convergente.

Distance focale.

Sécurité : danger de l'observation directe du soleil à travers une lentille convergente.

Modélisation de l'oeil.

La vision résulte de la formation d'une image sur la rétine.

Approche expérimentale des corrections des défauts de l'oeil (myopie, hypermétropie).

Vitesse de la lumière et du son ; propagation de signaux

- La lumière peut se propager dans le vide et dans des milieux transparents comme l'air, l'eau et le verre.

Vitesse de la lumière dans le vide (3x10⁸ m/s ou 300 000 km/s).

Ordres de grandeur de distances de la Terre à quelques étoiles et galaxies dans l'Univers ou des durées de propagation de la lumière correspondantes.

- Le son se propage dans les milieux matériels (solide, liquide et gaz) ; il ne se propage pas dans le vide.

Ordre de grandeur de la vitesse du son dans l'air : 340 m/s.

Les sons trop intenses ont des conséquences sur l'audition.

- Un émetteur (source de lumière, source sonore, antenne émettrice) émet un signal qui se propage ; ce signal peut être capté par un récepteur (oeil, oreille, antenne réceptrice).

L'homme baigne dans une multitude de signaux qui transportent des informations.

PHYSIQUE

I - Exploration de l’espace

1 - De l’atome aux galaxies

1.1. Présentation de l’Univers

L’atome, la Terre, le système solaire,

la Galaxie, les autres galaxies.

1.2. Échelle des longueurs

Échelle des distances dans l’univers de l’atome aux galaxies. Unités de longueur.

Taille comparée des différents systèmes.

1.3. L’année de lumière

Propagation rectiligne de la lumière.

Vitesse de la lumière dans le vide et dans l’air.

Définition et intérêt de l’année de lumière.

2 - Messages de la lumière

2.1. Un système dispersif, le prisme

Caractérisation d’une radiation.

Lois de Descartes sur la réfraction pour une radiation (l’un des milieux étant l’air).

Dispersion de la lumière blanche par un prisme.

Variation de l’indice d’un milieu transparent selon la radiation qui le traverse; interprétation qualitative de la dispersion de la lumière par un prisme.

2.2. Les spectres d’émission et d’absorption.

2.2.1. Spectres d’émission

Spectres continus d’origine thermique.

Spectres de raies.

2.2.2. Spectres d’absorption

Bandes d’absorption de solutions colorés.

Raies d’absorption caractéristiques d’un atome ou d’un ion.

2.3. Application à l’astrophysique

II - L’Univers en mouvement et le temps

1 - Mouvements et forces

1.1. Relativité du mouvement

1.2. Principe d’inertie

1.2.a. Effets d’une force sur le mouvement d’un corps. Rôle de la masse du corps

1.2.b. Enoncé du principe d’inertie pour un observateur terrestre : “tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent”

1.3. La gravitation universelle

1.3.a. L’interaction gravitationnelle entre deux corps.

1.3.b. La pesanteur résulte de l’attraction terrestre.

Comparaison du poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune.

1.3.c. Trajectoire d’un projectile.

Interprétation du mouvement de la Lune (ou d’un satellite) par extrapolation du mouvement d’un projectile.

2 - Le temps

Utilisation d’un phénomène périodique.

2.1 Phénomènes astronomiques : l’alternance des jours et des nuits, des phases de la lune,

des saisons permettent de régler le rythme

de la vie (jour, heure, mois, année).

2.2 Dispositifs construits par l’Homme.

III - L’air qui nous entoure

1. Du macroscopique au microscopique

1.1 Description d’un gaz à l’échelle

microscopique.

1.2 Nécessité de décrire l’état gazeux par des grandeurs physiques macroscopiques

1.2.1 Notion de pression

- force pressante exercée sur une surface, perpendiculairement à cette surface .

- définition de la pression exercée

sur une paroi par la relation P=F/S.

- instrument de mesure de la pression : le manomètre.

- unités de pression.

- mise en évidence et origine de la pression dans un gaz ; interprétation microscopique.

1.2.2. Notion d’état thermique

De nombreux phénomènes physiques peuvent renseigner sur l’état thermique d’un corps comme : la dilatation des liquides, la dilatation

des gaz, la variation de la résistance électrique, l’émission de rayonnement (cf. Messages

de la lumière)… La mesure d’une température implique

l’équilibre thermique de deux corps en contact.

2. Lien entre agitation thermique et

température : équation d’état des gaz parfaits

- l’agitation des molécules constituant un gaz à faible pression caractérise son état thermique et peut être utilisée pour définir sa température.

- tous les gaz permettent de définir la même échelle de température, dite échelle Kelvin.

- l’absence d’agitation thermique correspond au zéro absolu.

- unité de température absolue : le Kelvin.

- la température en degré Celsius est déduite de la température absolue T

CHIMIE

I - “Chimique ou naturel ?”

1 - La chimie du monde : mise en évidence de l’ubiquité des espèces chimiques

1.1. Inventaire et classement de quelques espèces chimiques

1.2. Espèces chimiques naturelles et espèces chimiques synthétiques

2 - Le monde de la chimie : approches expérimentale et historique de l’extraction, de la séparation et de l’identification d’espèces chimiques

2.1. Techniques d’extraction d’espèces chimiques organiques

a) Approche historique

b) Principe de l’extraction par solvant

c) Extraction d'espèces chimiques à partir d'un “produit” de la nature : extraction par solvant ou par entraînement à la vapeur

2.2. Séparation et identification d’espèces chimiques

Caractérisation ou identification par comparaison d’une espèce chimique extraite.

a) Chromatographie

Principe de la chromatographie : phase fixe, phase mobile, révélation, interprétation, application à la séparation des espèces d’un mélange et à l’analyse.

b) Caractéristiques physiques

Tf, Teb, densité, indice de réfraction, “couleur”, solubilités.

3 - Le monde de la chimie : la synthèse des espèces chimiques au laboratoire et dans l’industrie

3.1 Nécessité de la chimie de synthèse.

Quelques exemples de synthèse dans la chimie lourde et dans la chimie fine (à haute valeur ajoutée) à partir des matières premières de la nature et en fonction des besoins des consommateurs.

3.2. Synthèse d'une espèce chimique

3.3. Caractérisation d’une espèce chimique synthétique et comparaison avec un extrait naturel comportant la même espèce chimique que l’espèce synthétisée.

II - Constitution de la matière

1 - Des modèles simples de description de l’atome

1.1. Un modèle de l’atome

Noyau (protons et neutrons), électrons :

Nombre de charge et numéro atomique Z.

Nombre de nucléons A.

Charge électrique élémentaire, charges des constituants de l’atome.

Électroneutralité de l’atome

Masse : masses des constituants de l’atome ; masse approchée d’un atome et de son noyau, considérée comme la somme des masses de ses constituants.

Dimension : ordre de grandeur du rapport des dimensions respectives de l’atome et de son noyau.

1.2. L’élément chimique

Définitions des isotopes.

Définitions des ions monoatomiques

Caractérisation de l’élément par son numéro atomique et son symbole.

Conservation de l’élément au cours des transformations chimiques.

1.3. Un modèle du cortège électronique

Répartition des électrons en différentes couches, appelées K, L, M.

Répartition des électrons pour les éléments de Z compris entre 1 et 18.

2 - De l’atome aux édifices chimiques

2.1. Les règles du “duet” et de l’octet

a) Enoncé des règles de stabilité des atomes de gaz nobles (ou “rares”), inertie chimique.

b) Application aux ions mono-atomiques stables.

c) Application aux molécules à l’aide du modèle de Lewis de la liaison covalente.

Représentation de Lewis de quelques molécules.

Dénombrement des doublets d’électrons liants et non liants.

Notion d’isomérie.

2.2. La géométrie de quelques molécules simples.

Disposition relative des doublets d’électrons en fonction de leur nombre.

Application à des molécules ne présentant que des liaisons simples.

Représentation de Cram.

3 - La classification périodique des éléments

3.1. Classification périodique des éléments.

La démarche de Mendeleïev pour établir sa classification ; son génie, ses erreurs.

Les critères actuels de la classification : Z et les électrons de la couche externe.

3.2. Utilisation de la classification périodique.

Familles chimiques.

Formules des molécules usuelles et charges des ions monoatomiques ; généralisation à des éléments de Z plus élevés.

III - Transformations de la matière

1 - Outils de description d’un système

1.1. De l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique : la mole

Unité de la quantité de matière : la mole.

Constante d'Avogadro, NA

Masse molaire “atomique” : M (g.mol-1).

Masse molaire moléculaire.

Volume molaire Vm (L.mol-1) à T et P.

1.2. Concentration molaire des espèces moléculaires en solution.

Notions de solvant, soluté, solution et solution aqueuse.

Dissolution d’une espèce moléculaire.

Concentration molaire d’une espèce dissoute en solution non saturée.

Dilution d’une solution.

2 - Transformation chimique d’un système

2.1. Modélisation de la transformation : réaction chimique

Exemples de transformations chimiques.

Etat initial et état final d’un système.

Réaction chimique.

Ecriture symbolique de la réaction

chimique : équation.

Réactifs et produits.

Ajustement des nombres stoechio-métriques.

2.2. Bilan de matière

Initiation à l’avancement.

Expression des quantités de matière (en mol) des réactifs et des produits au cours de la transformation.

Réactif limitant et avancement maximal

Bilan matière.

Cette progression dans les contenus est accompagnée par la construction d’un tableau descriptif de l’évolution du système au cours de la transformation.

PHYSIQUE

I - Les interactions fondamentales

(3 heures, 1 TP)

1 - Particules élémentaires

Les constituants de la matière: neutrons, protons, électrons.

Charge élémentaire.

2 - Interactions fondamentales

- La masse et l’interaction gravitationnelle; loi de Newton.

- Les charges et l’interaction électrique; loi de Coulomb; direction, sens, valeur:

F = kqq’/d2 avec k = 9x109 S I

Phénomènes d’électrisation.

Isolants. Conducteurs; porteurs de charge : électrons et ions

- Les nucléons et l’interaction forte.

Deux interactions à l’oeuvre dans le noyau :la répulsion coulombienne entre protons compensée, jusqu’à l’uranium, par une interaction attractive intense mais de courte portée.

3 - Interactions et cohésion de la matière à diverses échelles

échelle astronomique

échelle atomique et humaine

échelle du noyau.

II - Forces, travail et énergie

(18 heures, 6 TP)

A - FORCES ET MOUVEMENTS

1 - Mouvement d'un solide indéformable

1.1 Vecteur vitesse d'un point du solide

1.2 Centre d'inertie d'un solide

1.3 Mouvement de translation d'un solide

1.4 Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe ; vitesse angulaire

2 - Forces macroscopiques s'exerçant sur un solide

Actions exercées sur un solide ; exemples d'effets produits (maintien en équilibre, mise en mouvement de translation, de rotation, déformations)

3 - Une approche des lois de Newton appliquées au centre d'inertie

1e loi : Principe d'inertie

Ce principe n'est vrai que dans certains référentiels

Ces référentiels sont dits galiléens.

2e loi : Aspect semi-quantitatif : comparaison de la somme des forces et de la variation du vecteur vitesse du centre d'inertie dans un référentiel galiléen.

3e loi : Principe des actions réciproques

B - TRAVAIL MÉCANIQUE ET ÉNERGIE

1 - Travail d'une force

1.1 Notion de travail d'une force

Effets possibles d'une force dont le point d'application se déplace.

1.2 Travail d’une force constante

WAB= F.AB = F.AB. cosα

Unité de travail : le joule (symbole: J).

Expression du travail du poids d’un corps.

Travail moteur, travail résistant.

1.3 Puissance du travail d’une ou plusieurs forces

2 - Le travail: un mode de transfert de l’énergie

2.1 Travail et énergie cinétique

Dans un référentiel terrestre, étude expérimentale de la chute libre d’un corps au voisinage de la Terre; travail du poids:

WAB(P) = Δ[(1/2)MVG2 ]

Interprétation énergétique; définition de l’énergie cinétique d’un solide en translation.

Généralisation : pour un solide en translation soumis à diverses forces:

(1/2)MVB2 - (1/2)MVA2= ΣWAB(Fext)

2.2 Travail et énergie potentielle de pesanteur

Énergie potentielle d’un solide en interaction avec la Terre;

Cas particulier des situations localisées au voisinage de la Terre. Relation Epp = Mgz .

Transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique dans le cas de la chute libre.

2.3 Travail et énergie interne

Quelques autres effets du travail reçu (déformations élastiques, élévation de température, changements d’état physico-chimiques).

Notion d’énergie interne.

3 - Le transfert thermique

Un travail reçu peut produire une élévation de température d’un corps. Une élévation identique de température peut être obtenue par transfert d’énergie sous une autre forme: le transfert thermique ; aspect microscopique.

Autre mode de transfert énergétique:le rayonnement.

III Électrodynamique

(15 heures, 5 TP)

A - CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN COURANT CONTINU

1 - Transferts d'énergie au niveau d'un générateur et d'un récepteur.

1.1 Énergie électrique We reçue par un récepteur, traversé par le courant d'intensité I, pendant Δt :

We = (VA-VB) I Δt

avec UAB = (VA-VB) > 0.

Puissance électrique du transfert :

P = UABI.

1.2 Effet Joule : applications

1.3 Énergie électrique transférée du générateur au reste du circuit pendant la durée Δt :

We = (VP-VN) I Δt

(VP-VN) = UPN désigne la ddp ou tension entre les bornes positive et négative du générateur et I l'intensité du courant qui le traverse.

Puissance électrique du transfert :

P = UPN I

1.4 Bilan du transfert d'énergie pendant la durée Δt

Un récepteur absorbe une énergie électrique UAB I Δt , et "dissipe" une partie r.I2.Δt et convertit le reste sous une autre forme (mécanique, chimique...).

Un générateur transforme partiellement une forme d'énergie (mécanique, chimique...) E.I.Δt en énergie électrique disponible UPN.I.Δt

Le complément r.I2.Δt est dissipé sous forme thermique par effet Joule.

2 - Comportement global d'un circuit

2.1 Distribution de l'énergie électrique pendant la durée Δt :

We(générateur) = ΣWe(récepteurs)

Justification énergétique des lois d'additivité des tensions et des intensités (loi des noeuds).

2.2 Etude des paramètres influant sur l'énergie transférée par le générateur au reste d'un cicuit résistif :

- Influence de la force électromotrice E

- Influence des résistances et de leurs associations

- Relation I = E / Req

- Puissance maximale disponible aux bornes d'un générateur, tolérée par un récepteur.

B - MAGNÉTISME. FORCES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

1. Champ magnétique

Action d'un aimant, d'un courant continu, sur une très courte aiguille aimantée.

Vecteur champ magnétique B : direction, sens, valeur et unité.

Exemples de lignes de champ magnétique ; champ magnétique uniforme.

Superposition de deux champs magnétiques (addition vectorielle)

2. Champ magnétique créé par un courant

Proportionnalité de la valeur du champ B et de l'intensité du courant en l'absence de milieux magnétiques.

Champ magnétique créé par :

- un courant rectiligne ;

- un solénoïde.

3. Forces électromagnétiques

Loi de Laplace ; direction, sens, valeur de la force : F = I.l .B.sinα

4. Couplage électromagnétique

Conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Rôle moteur des forces de Laplace. Observation de l'effet réciproque associé au mouvement d'un circuit dans un champ magnétique : conversion d'énergie mécanique en énergie électrique.

IV Optique

(9 heures, 3 TP)

1. Conditions de visibilité d'un objet

Rôle de l'oeil dans la vision directe des objets. Propagation de la lumière : modèle du rayon lumineux ; point-objet.

Lentilles convergentes ; lentilles divergentes. Critères simples de tri.

2. Images formées par des systèmes optiques

2.1 Images données par un miroir plan

Observation et localisation de l'image d'un objet donné par un miroir plan.

Point-image conjugué d'un point objet. Lois de la réflexion.

2.2 Images données par une lentille convergente

Observation et localisation des images données par une lentille convergente.

Modélisation géométrique d'une lentille mince convergente ; centre optique, foyers ; distance focale, vergence.

Modélisation analytique : relations de conjugaison et de grandissement des lentilles minces convergentes.

La loupe.

3. Un exemple d'appareil optique

Modélisation expérimentale d'un instrument d'optique simple : lunette astronomique, lunette terrestre ou jumelles, appareil de projection ou de rétro-projection...

CHIMIE

I - La mesure en chimie

(16 heures de cours, 8 ou 9 TP)

A - POURQUOI MESURER DES QUANTITÉS DE MATIÈRE ?

A partir d'exemples pris dans la vie courante, montrer la nécessité de disposer de différentes techniques de mesure et sensibiliser au choix d'une technique en fonction d'un objectif.

B - GRANDEURS PHYSIQUES LIÉES AUX QUANTITÉS DE MATIÈRE

1. Masse, volume, pression

Grandeurs physiques liées aux quantités de matière solide ou liquide (masse, volume), et gazeuse (masse, volume, pression).

Volume molaire d'un gaz parfait à pression et température connues.

2 - Concentration ; solutions électrolytiques

Solide ionique.

Obtention d'une solution électrolytique par dissolution de solides ioniques, de liquides ou de gaz dans l'eau.

Caractère dipolaire d'une molécule (dipôle permanent) : exemples de la molécule de chlorure d'hydrogène et de la molécule d'eau ; corrélation avec la classification périodique des éléments.

Solvatation des ions ; interaction entre les ions dissous et les molécules d'eau. Cas particulier du proton.

Concentration molaire de soluté apporté, notée c, et concentration molaire effective des espèces dissoutes, notée [X].

3 - Applications au suivi d'une transformation chimique

Évolution d'un système au cours d'une transformation chimique : avancement, tableau descriptif de l'évolution et bilan de matière.

C - COMMENT DETERMINER DES QUANTITES DE MATIERE EN SOLUTION A L'AIDE D'UNE MESURE PHYSIQUE ? L'EXEMPLE DE LA CONDUCTIMETRIE

1. Conductance d'une solution ionique, G

Méthode de mesure de la conductance.

Grandeurs d'influence (température et état de surface des électrodes, surface des électrodes, distance entre elles, nature et concentration de la solution).

Courbe d'étalonnage G = f(c).

2. Conductivité d'une solution ionique, σ

Définition à partir de la relation

G = σ.S/L

Relation entre σ et c.

3. Conductivité molaire ionique, li, et relation entre les conductivités molaires ioniques et la conductivité d'une solution

Utilisation d'un tableau des conductivités molaires ioniques des ions les plus courants.

Comparaison des conductivités molaires ioniques des ions H+(aq) et HO-(aq) à celles d'autres ions.

Limites de la méthode d'étalonnage.

D - COMMENT DÉTERMINER DES QUANTITÉS DE MATIÈRE EN SOLUTION A L'AIDE DE LA RÉACTION CHIMIQUE ?

1. Réactions acido-basiques

Exemples de réactions acido-basiques comme réactions impliquant des transferts de protons.

A partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger la définition d'un acide et d'une base au sens de BrØnsted.

Quelques acides et bases usuels.

Couple acide/base.

Couples de l'eau :

H3O+/H2O ; H2O/HO-(aq).

L'eau est un ampholyte.

2. Réactions d'oxydoréduction

Exemples de réactions d'oxydoréduction comme réactions impliquant des transferts d'électrons.

A partir de l'écriture de chacune des réactions, faire émerger, dans des cas simples, la définition d'un oxydant et d'un réducteur.

Couple oxydant/réducteur.

Mise en évidence de la nécessité d'une méthode et d'un formalisme pour écrire l'équation d'une réaction d'oxydoréduction.

Utilisation du tableau périodique pour donner des exemples de réducteurs (les métaux) et d'oxydants parmi les non métaux (dihalogènes et dioxygène).

3. Dosages (ou titrages) direct

La réaction chimique comme outil de détermination des quantités de matière.

Utilisation d'un tableau décrivant l'évolution du système au cours du dosage.

Équivalence lors d'un dosage.

II - La chimie créatrice

(11 heures de cours ; 4 ou 5 TP)

A - LA CHIMIE ORGANIQUE : DE SA NAISSANCE À SON OMNIPRÉSENCE DANS LE QUOTIDIEN

1. Qu'est-ce que la chimie organique ?

Cerner le champ de la chimie organique.

Ressources naturelles : photosynthèse, synthèses biochimiques et hydrocarbures fossiles.

2. Le carbone élément de base de la chimie organique

Comment l'atome de carbone établit-il des liaisons avec d'autres atomes ?

3. Quelques dates dans l'histoire de la chimie organique

4. L'omniprésence de la chimie organique

B - APPRENDRE A LIRE UNE FORMULE CHIMIQUE

1. Introduction

Une molécule organique comporte un squelette carboné et, éventuellement, des groupes caractéristiques.

2. Le squelette carboné

a) La diversité des chaînes carbonées

- Chaîne linéaire, ramifiée ou cyclique saturée et insaturée.

Formule brute, formule semi développée plane, approche de l'écriture topologique, isomérie de constitution mise en évidence sur quelques exemples simples de l'isomérie Z et E.

- Influence de la chaîne carbonée sur les propriétés physiques : température d'ébullition, densité, solubilité (les exemples sont pris sur les chaînes saturées).

- Application à la distillation fractionnée.

b) La modification du squelette carboné.

Allonger, raccourcir, ramifier, cycliser, ou déshydrogéner à partir de quelques applications industrielles : chimie du pétrole, polyaddition des alcènes et des dérivés éthyléniques.

3. Les groupes caractéristiques : initiation à la réactivité

a) Reconnaître les familles de composés : amine, composé halogéné, alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique.

b) Illustrer la réactivité des alcools : oxydation, déshydratation (élimination), passage aux composés halogénés (substitution).

c) Passage d'un groupe caractéristique à un autre : quelques exemples au laboratoire et dans l'industrie

III - L’énergie au quotidien : La cohésion de la matière et les aspects énergétiques de ses transformations

(4h de cours, 1 ou 2 TP)

1. La cohésion de la matière

La molécule : assemblage d'atomes; énergie de liaison d'une liaison AB, notée DAB.

Les assemblages de molécules : le solide et le liquide comparés au gaz (ordre de grandeur des distances entre les molécules ; de l'ordre au désordre) ; énergie de cohésion.

2. Les transformations de la matière : aspects énergétiques et effets thermiques associés

Transformations chimiques.

Changement d'état.

Utiliser les énergies de liaison pour estimer l'ordre de grandeur de l'énergie transférée au cours d'une réaction mettant en jeu des espèces chimiques à l'état gazeux.

3. Quelques applications au quotidien des effets thermiques

Transports et chauffage : enjeux et conséquences sur l'environnement.

PHYSIQUE

Enseignement obligatoire

BAC

Introduction à l'évolution temporelle des systèmes (1 TP)

Présenter, à travers les documents les plus divers, des situations réelles où l’évolution temporelle est d’une importance particulière : ondes sismiques, vibrations mécaniques, mouvements de balançoires, laser Terre-Lune, augmentation de la vitesse des moyens de transport (Train à grande vitesse), augmentation de la fréquence de l’horloge des ordinateurs, échelle de temps de la tectonique des plaques, décollage d’une fusée et mise en orbite de satellites, chute de la station MIR, saut en parachute et saut à l’élastique, amélioration des performances sportives, etc.

A - Propagation d'une onde ; ondes progressives (2 TP + 9h)

1. Les ondes mécaniques progressives

1.1 Introduction

A partir des exemples donnés en activité dégager la définition suivante d'une onde mécanique :

"on appelle onde mécanique le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu sans transport de matière".

Célérité.

Ondes longitudinales, transversales.

Ondes sonores comme ondes longitudinales de compression-dilatation.

Propriétés générales des ondes :

- une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.

- la perturbation se transmet de proche en proche ; transfert d'énergie sans transport de matière.

- la vitesse de propagation d'une onde est une propriété du milieu.

- deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.

1.2 Onde progressive à une dimension

Notion d'onde progressive à une dimension.

Notion de retard : la perturbation au point M à l'instant t est celle qui existait auparavant en un point M' à l'instant t' = t - τ : avec τ = M'M/v, τ étant le retard et v la célérité (pour les milieux non dispersifs).

2. Ondes progressives mécaniques périodiques

Notion d'onde progressive périodique.

Périodicité temporelle, période, ; périodicité spatiale.

Onde progressive sinusoïdale, période, fréquence, longueur d'onde ; relation λ = v .T = v /N

La diffraction dans le cas d'ondes progressives sinusoïdales : mise en évidence expérimentale.

Influence de la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle sur le phénomène observé.

La dispersion : mise en évidence de l'influence de la fréquence sur la célérité de l'onde à la surface de l'eau ; notion de milieu dispersif.

3. La lumière, modèle ondulatoire

Observation expérimentale de la diffraction en lumière monochromatique et en lumière blanche (irisation).

Propagation de la lumière dans le vide.

Modèle ondulatoire de la lumière : célérité, longueur d'onde dans le vide, fréquence, λ = c.T = c/ν.

Influence de la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle sur le phénomène observé ; écart angulaire du faisceau diffracté par une fente ou un fil rectilignes de largeur a :

θ = λ / a.

Lumière monochromatique, lumière polychromatique ; fréquence et couleur.

Propagation de la lumière dans les milieux transparents ; indice du milieu.

Mise en évidence du phénomène de dispersion de la lumière blanche par un prisme : l'indice d'un milieu transparent dépend de la fréquence de la lumière.

B - Transformations nucléaires

(2 TP + 7 h)

1. Décroissance radioactive

1.1 Stabilité et instabilité des noyaux

Composition ; isotopie ; notation

Z

AX.

Diagramme (N,Z)

1.2 La radioactivité

La radioactivité α, β-, β+, émission γ.

Lois de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons

1.3 Loi de décroissance

Evolution de la population moyenne d'un ensemble de noyaux radioactifs

ΔN = - λ N Δt ; N = N0 e-λt.

Importance de l'activité |ΔN |/ Δt ; le becquerel.

Constante de temps τ = I / λ.

Demi-vie t1/2 = τ ln2.

Application à la datation.

2. Noyaux, masse, énergie

2.1 Équivalence masse-énergie

Défaut de masse ; énergie de liaison

ΔE = Δm c2 ; unités : eV, keV, MeV.

Énergie de liaison par nucléon.

Équivalence masse-énergie.

Courbe d'Aston - El /A = f(A)

2.2 Fission et fusion

Exploitation de la courbe d'Aston ; domaines de la fission et de la fusion.

2.3 Bilan de masse et d'énergie d'une réaction nucléaire

Exemples pour la radioactivité, pour la fission et la fusion.

Existence de conditions à réaliser pour obtenir l'amorçage de réactions de fission et de fusion.

C - Évolution des systèmes électriques (3TP + 10h)

1. Cas d'un dipôle RC

1.1 Le condensateur

Description sommaire, symbole.

Charges des armatures.

Intensité : débit de charges.

Algébrisation en convention récepteur i, u, q.

Relation charge-intensité pour un condensateur i = dq/dt, q charge du condensateur en convention récepteur.

Relation charge-tension q= C.u ; capacité, son unité le farad (F).

1.2 Dipôle RC

Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension : tension aux bornes du condensateur, intensité du courant ; étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique).

Énergie emmagasinée dans un condensateur.

Continuité de la tension aux bornes du condensateur.

Connaître la représentation symbolique d'un condensateur.

2. Cas du dipôle RL

2.1 La bobine

Description sommaire d'une bobine, symbole.

Tension aux bornes d'une bobine en convention récepteur :

u = ri + L di /dt

Inductance : son unité le henry (H).

2.2 Dipôle RL

Réponse en courant d'une bobine à un échelon de tension : étude expérimentale et étude théorique (résolution analytique).

Énergie emmagasinée dans une bobine.

Continuité de l'intensité du courant dans un circuit qui contient une bobine.

3. Oscillations libres dans un circuit RLC série

Décharge oscillante d'un condensateur dans une bobine.

Influence de l'amortissement : régimes périodique, pseudo-périodique, apériodique.

Période propre et pseudo-période.

Interprétation énergétique : transfert d'énergie entre le condensateur et la bobine, effet Joule.

Résolution analytique dans le cas d'un amortissement négligeable.

Expression de la période propre

T0 = 2 Π √ LC

Entretien des oscillations.

D - Évolution temporelle des systèmes mécaniques

(5 TP + 22 h)

1. La mécanique de Newton

Lien qualitatif entre ΣFext et ΔvG (rappels).

Comparaison de ΔvG correspondant à des intervalles de temps égaux pour des forces de valeurs différentes (résultat de l'activité).

Introduction de ΔvG /Δt

Accélération :

aG = lim Δt à 0 (ΔvG /Δt) = dvG/dt ;

vecteur accélération (direction, sens, valeur).

Rôle de la masse.

Deuxième loi de Newton appliquée au centre d'inertie.

Importance du choix du référentiel dans l'étude du mouvement du centre d'inertie d'un solide : référentiels galiléens.

Troisième loi de Newton : loi des actions réciproques (rappel).

2. Étude de cas

2.1 Chute verticale d'un solide

Force de pesanteur, notion de champ de pesanteur uniforme.

- Chute verticale avec frottement

Application de la deuxième loi de Newton à un mouvement de chute verticale : forces appliquées au solide (poids, poussée d'Archimède, force de frottement fluide) ; équation différentielle du mouvement ; résolution par une méthode numérique itérative, régime initial et régime asymptotique (dit "permanent"), vitesse limite ; notion de temps caractéristique.

- Chute verticale libre

Mouvement rectiligne uniformément accéléré ; accélération indépendante de la masse de l'objet.

Résolution analytique de l'équation différentielle du mouvement ; importance des conditions initiales.

2.2 Mouvements plans

- Mouvements de projectiles dans un champ de pesanteur uniforme

Application de la deuxième loi de Newton au mouvement du centre d'inertie d'un projectile dans un champ de pesanteur uniforme dans le cas où les frottements peuvent être négligés.

Équations horaires paramétriques.

Équation de la trajectoire.

Importance des conditions initiales.

- Satellites et planètes

Lois de Kepler (trajectoire circulaire ou elliptique).

Référentiels héliocentrique et géocentrique.

Étude d'un mouvement circulaire uniforme ; vitesse, vecteur accélération ; accélération normale.

Énoncé de la loi de gravitation universelle pour des corps dont la répartition des masses est à symétrie sphérique et la distance grande devant leur taille (rappel).

Application de la deuxième loi de Newton au centre d'inertie d'un satellite ou d'une planète : force centripète, accélération radiale, modélisation du mouvement des centres d'inertie des satellites et des planètes par un mouvement circulaire et uniforme, applications (période de révolution, vitesse, altitude, satellite géostationnaire).

Interprétation qualitative de l'impesanteur dans le cas d'un satellite en mouvement circulaire uniforme.

3. Systèmes oscillants

3.1 Présentation de divers systèmes oscillants mécaniques

Pendule pesant, pendule simple et système solide-ressort en oscillation libre : position d'équilibre, écart à l'équilibre, abscisse angulaire, amplitude, amortissement (régime pseudo-périodique, régime apériodique), pseudo-période et isochronisme des petites oscillations, période propre.

Expression de la période propre d'un pendule simple : justification de la forme de l'expression par analyse dimensionnelle.

3.2 Le dispositif solide-ressort

Force de rappel exercée par un ressort.

Étude dynamique du système "solide" : choix du référentiel, bilan des forces, application de la 2e loi de Newton, équation différentielle, solution analytique dans le cas d'un frottement nul. Période propre.

3.3 Le phénomène de résonance

Présentation expérimentale du phénomène : excitateur, résonateur, amplitude et période des oscillations, influence de l'amortissement.

Exemples de résonances mécaniques.

4. Aspects énergétiques

Travail élémentaire d'une force.

Travail d'une force extérieure appliquée à l'extrémité d'un ressort, l'autre extrémité étant fixe.

Énergie potentielle élastique du ressort.

Energie mécanique du système solide-ressort.

Energie mécanique d'un projectile dans un champ de pesanteur uniforme.

5. L'atome et la mécanique de Newton : ouverture au monde quantique

Limites de la mécanique de Newton

Quantification des échanges d'énergie.

Quantification des niveaux d'énergie d'un atome, d'une molécule, d'un noyau.

Application aux spectres, constante de Plank, ΔE = h.v .

E - L'évolution temporelle des systèmes et la mesure du temps

(2 h)

Cette partie est considérée comme une révision de fin d’année, autour de la mesure du temps. Elle ne comporte aucune connaissance théorique ou compétence exigible nouvelle. Les exemples cités ne sont pas limitatifs et le professeur est libre de les enrichir.

Comment mesurer une durée?

- À partir d’une décroissance radioactive (âge de la Terre, âge de peintures rupestres…)

- À partir de phénomènes périodiques

. oscillateur électrique entretenu (oscillateur LC)

. mouvements des astres

. rotation de la Terre

. horloges à balancier

. horloges atomiques : définition de la seconde.

• Mesurer une durée pour déterminer une longueur

- À partir de la propagation d’une onde mécanique (télémètre ultrasonore, échographie, sonar…)

- À partir de la propagation d’une onde lumineuse (télémétrie laser, distance Terre-Lune…)

- Le mètre défini à partir de la seconde et de la célérité de la lumière

- Le mètre et le pendule battant la seconde

- Histoire de la mesure des longitudes

• Mesurer une durée pour déterminer une vitesse

- Mesure de la célérité du son

- Mesure de la célérité de la lumière

PHYSIQUE

Enseignement de spécialité

A - Produire des images, observer (5 séquences de 2 heures)

1. Formation d'une image

1.1 Image formée par une lentille mince convergente

Constructions graphiques de l'image:

- d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- d'un point objet situé à l'infini.

Relations de conjugaison sous forme algébrique, grandissement.

Validité de cette étude : conditions de Gauss.

1.2 Image formée par un miroir sphérique convergent

Sommet, foyer, axe optique principal, distance focale.

Constructions graphiques de l'image:

- d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique principal.

- d'un point objet situé à l'infini.

2. Quelques instruments d'optique

2.1 Le microscope

Description sommaire et rôle de chaque constituant : condenseur (miroir sphérique), objectif, oculaire.

Modélisation par un système de deux lentilles minces :

- construction graphique de l'image intermédiaire et de l'image définitive d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- caractéristiques de l'image intermédiaire et de l'image définitive par construction et/ou par application des formules de conjugaison.

- diamètre apparent.

- grossissement standard.

- cercle oculaire.

2.2 La lunette astronomique et le télescope de Newton

Description sommaire et rôle de chaque constituant :

- lunette astronomique : objectif, oculaire.

- télescope de Newton : miroir sphérique, miroir plan, objectif.

Modélisation de la lunette astronomique par un système afocal de deux lentilles minces et modélisation d'un télescope de Newton par un système miroirs, lentilles minces :

- construction graphique de l'image intermédiaire et de l'image définitive d'un objet plan perpendiculaire à l'axe optique.

- caractéristiques de l'image intermédiaire et de l'image définitive par construction et/ou par application des formules de conjugaison.

- diamètre apparent.

- grossissement standard.

- cercle oculaire.

B - Produire des sons, écouter

(5 séquences de 2 h)

1. Production d'un son par un instrument de musique

Système mécanique vibrant associé à un système assurant le couplage avec l'air :

- illustration par un système simple

- cas de quelques instruments réels

2. Modes de vibrations

2.1 Vibration d'une corde tendue entre deux points fixes

Mise en évidence des modes propres de vibration par excitation sinusoïdale : mode fondamental, harmoniques ; quantification de leurs fréquences.

Noeuds et ventres de vibration.

Oscillations libres d'une corde pincée ou frappée : interprétation du son émis par la superposition de ces modes.

2.2 Vibration d'une colonne d'air

Mise en évidence des modes propres de vibration par excitation sinusoïdale.

Modèle simplifié d'excitation d'une colonne d'air par une anche ou un biseau : sélection des fréquences émises par la longueur de la colonne d'air.

3. Interprétation ondulatoire.

3.1 Réflexion sur un obstacle fixe unique

Observation de la réflexion d'une onde progressive sur un obstacle fixe ; interprétation qualitative de la forme de l'onde réfléchie.

Cas d'une onde progressive sinusoïdale incidente.

Onde stationnaire : superposition de l'onde incidente sinusoïdale et de l'onde réfléchie sur un obstacle fixe.

3.2 Réflexions sur deux obstacles fixes : quantification des modes observés.

Onde progressive de forme quelconque entre deux obstacles fixes : caractère périodique imposé par la distance L entre les deux points fixes et la célérité v, la période étant 2L/v.

Onde stationnaire entre deux obstacles fixes : quantification des modes ; relation 2L = nλ (n entier); justification des fréquences propres nn = nV/2L.

3.3 Transposition à une colonne d'air excitée par un haut-parleur

Observation qualitative du phénomène.

4. Acoustique musicale et physique des sons

Domaine de fréquences audibles ; sensibilité de l'oreille.

Hauteur d'un son et fréquence fondamentale ; timbre : importance des harmoniques et de leurs transitoires d'attaque et d'extinction.

Intensité sonore, intensité de référence : I0 = 10-12W/m2.

Niveau sonore : le décibel acoustique, L = 10 log10(I/I0)

Gammes : octaves, gamme tempérée.

C - Produire des signaux, communiquer

(4 séquences de 2 h)

1. Les ondes électromagnétiques, support de choix pour transmettre des informations

1.1 Transmission des informations

A travers divers exemples, montrer que la transmission simultanée de plusieurs informations nécessite un "canal" affecté à chacune d'elles.

Intérêt de l'utilisation d'une onde : transport à grande distance d'un signal, contenant l'information sans transport de matière mais avec transport d'énergie.

1.2 Les ondes électromagnétiques

Propagation d'une onde électromagnétique dans le vide et dans de nombreux milieux matériels...

Classement des ondes électromagnétiques selon la fréquence et la longueur d'onde dans le vide.

Rôle d'une antenne émettrice (création d'une onde électromagnétique), d'une antenne réceptrice (obtention d'un signal électrique à partir d'une onde électromagnétique).

1.3 Modulation d'une tension sinusoïdale

Information et modulation

Expression mathématique d'une tension sinusoïdale :

u(t) = Umax cos(2πft + Φ0)

Paramètres pouvant être modulés : amplitude, fréquence et/ou phase.

2. Modulation d'amplitude

2.1 principe de la modulation d'amplitude

Tension modulée en amplitude : tension dont l'amplitude est fonction affine de la tension modulante.

Un exemple de réalisation d'une modulation d'amplitude.

Notion de surmodulation.

Choix de la fréquence du signal à moduler en fonction des fréquences caractéristiques du signal modulant.

2.2 Principe de la démodulation d'amplitude

Fonctions à réaliser pour démoduler une tension modulée en amplitude.

Vérification expérimentale :

- de la détection d'enveloppe réalisée par l'ensemble constitué de la diode et du montage RC parallèle.

- de l'élimination de la composante continue par un filtre passe-haut RC.

Restitution du signal modulant.

3. Réalisation d'un disposotif permettant de recevoir une émission radio en modulation d'amplitude

Le dipôle bobine condensateur montés en parallèle : étude expérimentale ; modélisation par un circuit LC parallèle.

Association de ce dipôle et d'une antenne pour la réception d'un signal modulé en amplitude.

Réalisation d'un récepteur radio en modulation d'amplitude.

CHIMIE

Enseignement obligatoire

Introduction : Les questions qui se posent au chimiste

(1 h)

- Inventorier les activités du chimiste et les enjeux de la chimie dans la société.

- Dégager quelques questions qui se posent au chimiste dans ses activités professionnelles.

A - La transformation d’un système chimique est-elle toujours rapide ?

(2 TP, 9 HCE)

1. Transformations lentes et rapides

- Mise en évidence expérimentale de transformations lentes et rapides.

- Mise en évidence expérimentale des facteurs cinétiques : température et concentration des réactifs.

- Rappels sur les couples oxydant/réducteur et sur l'écriture des équations de réactions d'oxydoréduction.

2. Suivi temporel d'une transformation

- Tracé des courbes d'évolution de quantité de matière ou de concentration d'une espèce et de l'avancement de la réaction au cours du temps : utilisation du tableau descriptif d'évolution du système chimique, exploitation des expériences.

- Vitesse de réaction :

Définition de la vitesse volumique de réaction exprimée en unité de quantité de matière par unité de temps et de volume.

v = (1/V) x (dx/dt ) où x est l'avancement de la réaction et V le volume de la solution.

Évolution de la vitesse de réaction au cours du temps.

- Temps de demi-réaction noté t1/2 :

Définition et méthodes de détermination.

Choix d'une méthode de suivi de la transformation selon la valeur de t1/2.

Une nouvelle technique d'analyse, la spectrophotométrie : L'absorbance A, grandeur mesurée par le spectrophotomètre.

Relation entre l'absorbance et la concentration effective d'une espèce colorée en solution, pour une longueur d'onde donnée et pour une épaisseur de solution traversée donnée.

Suivi de la cinétique d'une transformation chimique par spectrophotométrie.

3. Quelle interprétation donner au niveau microscopique ?

Interprétation de la réaction chimique e termes de chocs efficaces.

Interprétation de l'influence de la concentration des entités réactives et de la température sur le nombre de chocs et de chocs efficaces par unité de temps.

B - La transformation d’un système chimique est-elle toujours totale ?

(4 TP, 9 HCE)

1. Une transformation chimique n'est pas toujours totale et la réaction a lieu dans les deux sens

- Introduction du pH et de sa mesure.

- Mise en évidence expérimentale sur une transformation chimique donnée, d'un avancement final différent de l'avancement maximal.

- Symbolisme d'écriture de l'équation de la réaction : le signe égal =.

- État d'équilibre d'un système chimique.

- Taux d'avancement final d'une réaction : τ = χfinal/ χmaximal.

- Interprétation à l'échelle microscopique de l'état d'équilibre en termes de cinétique : chocs efficaces entre entités réactives d'une part et entités produites d'autre part.

2. Etat d'équilibre d'un système

- Quotient de réaction, Qr : expression littérale en fonction des concentrations molaires des espèces dissoutes pour un état donné du système.

- Généralisation à divers exemples en solution aqueuse homogène ou hétérogène (présence de solides).

- Détermination de la valeur du quotient de réaction dans l'état d'équilibre du système, noté Qr,éq.

- Constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction, à une température donnée.

-Influence de l'état initial d'un système sur le taux d'avancement final d'une réaction.

3. Transformations associées à des réactions acido-basiques en solution aqueuse

- Autoprotolyse de l'eau; constante d'équilibre appelée produit ionique de l'eau, notée Ke et pKe.

- Échelle de pH : solution acide, basique et neutre.

- Constante d'acidité, notée KA et pKA.

- Comparaison du comportement en solution, à concentration identique, des acides entre eux et des bases entre elles.

- Constante d'équilibre associée à une réaction acido-basique.

- Diagrammes de prédominance et de distribution d'espèces acides et basiques en solution.

- Zone de virage d'un indicateur coloré acido-basique.

- Titrage pH-métrique d'un acide ou d'une base dans l'eau en vue de déterminer le volume versé à l'équivalence et de choisir un indicateur coloré acido-basique pour un titrage.

- Qu'en est-il des transformations totales ?

Détermination du taux d'avancement final d'une réaction sur un exemple de titrage acido-basique.

C - Le sens “spontané” d’évolution d’un système est-il prévisible?

Le sens d’évolution d’un système chimique peut-il être inversé ?

(3 TP + 9 h)

1. Un système chimique évolue spontanément vers l'état d'équilibre

- Quotient de réaction, Qr : expression littérale (rappel) et calcul de sa valeur pour un état quelconque donné d'un système.

- Au cours du temps, la valeur du quotient de réaction Qr tend vers la constante d'équilibre K (critère d'évolution spontanée).

- Illustration de ce critère sur des réactions acido-basiques et des réactions d'oxydoréduction.

2. Les piles, dispositifs mettant en jeu des transformations spontanées permettant de récupérer de l'énergie

- Transfert spontanés d'électrons entre des espèces chimiques (mélangées ou séparées) de deux couples oxydant/réducteur du type ion métallique/métal, Mn+/M(s).

- Constitution et fonctionnement d'une pile : observation du sens de circulation du courant électrique, mouvement des porteurs de charges, rôle du pont salin, réactions aux électrodes.

La pile, système hors équilibre au cours de son fonctionnement en générateur.

Lors de l'évolution spontanée, la valeur du quotient de réaction tend vers la constante d'équilibre. La pile à l'équilibre "pile usée" : quantité d'électricité maximale débitée dans un circuit.

- Force électromotrice d'une pile (f.é.m.) E : mesure, polarité des électrodes, sens de circulation du courant (en lien avec le cours de physique).

- Exemple de pile usuelle.

3. Exemples de transformations forcées

- Mise en évidence expérimentale de la possibilité, dans certains cas, de changer le sens d'évolution d'un système en imposant un courant de sens inverse à celui observé lorsque le système évolue spontanément (transformation forcée).

- Réactions aux électrodes, anode et cathode.

- Application à l'électrolyse : principe et exemples d'applications courantes et industrielles.

D - Comment le chimiste contrôle-t-il les transformations de la matière?

Exemples pris dans les sciences de l’ingénieur et dans les sciences de la vie

(4 TP, 7 HCE)

1. Les réactions d'estérification et d'hydrolyse

- Formation d'un ester à partir d'un acide et d'un alcool, écriture de l'équation de la réaction correspondante, appelée réaction d'estérification.

- Hydrolyse d'un ester, écriture de l'équation de la réaction correspondante.

- Mise en évidence expérimentale d'un état d'équilibre lors des transformations faisant intervenir des réactions d'estérification et d'hydrolyse.

- Définition du rendement d'une transformation.

- Définition d'un catalyseur.

- Contrôle de la vitesse de réaction : température et catalyseur.

- Contrôle de l'état final d'un système : excès d'un réactif ou élimination d'un produit.

2. Des exemples de contrôle de l'évolution de systèmes chimiques pris dans l'industrie chimique et dans les sciences de la vie

- Changement d'un réactif

Synthèse d'un ester à partir d'un anhydride d'acide et d'un alcool.

Hydrolyse basique des esters : applications à la saponification des corps gras (préparations et propriétés des savons, relations structure-propriétés).

- Utilisation de la catalyse

Catalyse homogène, hétérogène, enzymatique : sélectivité des catalyseurs.

Enseignement de spécialité

A - Extraire et identifier des espèces chimiques (2 séances)

Extraction (1 séance)

- Eugénol dans le clou de girofle.

- Citral et limonène dans l’écorce de citron, d’orange et dans les feuilles

de verveine.

- Trimyristine dans la noix de muscade.

- Acide gallique dans la poudre de Tara.

Chromatographie (adsorption et partage) sur couche mince, sur papier ou sur colonne (pipette Pasteur) (1 séance)

- Colorants alimentaires dans un sirop, dans une boisson rafraîchissante sans alcool ou dans une confiserie.

- Colorants du paprika.

- Sucres dans un jus de fruit.

- Identification des principes actifs dans un médicament

(aspirine, paracétamol et caféine).

- Analyse d’un laiton.

- Acides aminés, produits d’hydrolyse de l’aspartame.

- Pigments dans les plantes vertes (épinard, oseille, etc.).

B - Créer et reproduire des espèces chimiques (2 séances)

- Conservateur alimentaire : acide benzoïque.

- Colorant alimentaire : amarante.

- Arôme : vanilline.

- Synthèse d’une imine présentant les propriétés d’un cristal liquide.

- Synthèse d’un amide à propriétés analgésiques : le paracétamol.

- Synthèse d’un polyamide : le nylon.

C - Effectuer des contrôles de qualité (4 séances)

A - Étalonnage (1 séance) -

- Ions fer dans un vin ou dans une bande magnétique.

- “Chlore” dans une eau de piscine.

- Colorant alimentaire dans des confiseries.

- Cuivre dans un laiton.

- Bleu de méthylène dans un collyre.

B - Titrage direct (d), indirect (i)

1. Réaction d’oxydoréduction (1 séance)

- Vitamine C dans un jus de citron (d ou i).

- Éthanol dans un vin (i).

- Eau oxygénée officinale (d).

- Eau de Javel (i).

- Dioxyde de soufre total dans un vin blanc (i).

- Ions fer dans un produit phytosanitaire, un minerai ou une bande magnétique (i).

2. Réaction acido-basique (1 séance)

• Titrages directs suivis par pH-métrie ou indicateur de fin de réaction.

• Titrage de l’acide

- Acide lactique dans un lait.

- Vitamine C dans un comprimé.

- Indice d’acide d’une huile.

•Titrage de la base

- Ions hydrogénocarbonate dans une eau minérale ou dans une solution

de perfusion de pharmacie.

- Ammoniaque de droguerie.

3. Autres réactions (1 séance)

3.1 Réaction de précipitation

• Indicateur de fin de réaction

- Ions chlorure dans une eau ou dans un absorbeur d’humidité (d).

- Ions argent dans un papier ou un film photographique (d).

• Conductimétrie

- Ions chlorure dans une eau minérale (d).

- Ions sulfate dans une eau minérale (d).

- Métal lourd dans une eau usée (ions argent, ions plomb(II), etc.) (d).

3.2 Réaction de complexation, avec indicateur de fin de réaction

- Ions calcium et magnésium dans une eau minérale (d).

- Ions calcium seuls dans une eau minérale ou dans un absorbeur

d’humidité (d).

3.3 Autres

- Indice d’iode d’une huile (insaturation) par le réactif de Wijs (i).

D - Élaborer un “produit” de consommation : de la matière première à la formulation (3 séances)

1. Séparer (1 séance)

Illustrations de quelques procédés utilisés en hydrométallurgie

• Production d’un oxyde à partir d’un minerai :

- alumine, une étape dans l’élaboration de l’aluminium,

- dioxyde de titane(IV), une étape dans l’élaboration du titane.

• Séparation :

- des ions fer(III) des ions zinc(II), une étape dans l’élaboration du zinc,

- des ions fer(III) des ions cuivre(II), une étape dans l’élaboration du cuivre.

2. Électrolyser (1 séance)

Purifier, protéger (contre la corrosion), embellir, récupérer

• Affinage du cuivre.

• Dépôt électrolytique :

- anodisation de l’aluminium,

- étamage électrolytique de l’acier,

- électrozingage.

• Récupération de l’étain (traitements d’effluents liquides).

3. Formuler, conditionner*(1 séance)

Recherche documentaire avec support expérimental chaque fois que possible

- les différentes formulations de l’aspirine et du paracétamol,

- les conservateurs alimentaires,

- les emballages alimentaires.