Chimie et savoir

Introduction au cours de spécialité Master didactiques et interactions

jflmNovembre 2006

(en présence de Cécilia CASTRO de Lyon1)

Qu’est-ce que la chimie

• Science concernée par – La structure de la matière– Ses propriétés– Ses transformations

• Plus précisément– La structure au niveau atomique (et pas sub

atomique, ni cellulaire par ex.)– Ses transformations faisant intervenir une

modification au niveau atomique

Outil de description

• Modèles– Description d’une liaison chimique– Description de l’acidité

• Représentations– Symbolique– Langage de la chimie

• Théories empruntés à la physique– Electrostatique– Mécanique quantique

Intérêt de la chimie

• Satisfaire aux questions relatives à la description du monde qui nous entoure.

• Prévoir– Des propriétés de substance n’existant pas

forcément– Des transformations qui se font, ou pas– Produire les corps et les matériaux qui

change notre environnement

Événement et phénomène• « Phénomène »

• Au sens large. Ce qui apparaît, ce qui se manifeste aux sens ou à la conscience, tant dans l'ordre physique que dans l'ordre psychique, et qui peut devenir l'objet d'un savoir.

• Ce que l'on observe ou constate par l'expérience et qui est susceptible de se répéter ou d'être reproduit et d'acquérir une valeur objective, universelle.

• Je distinguerai l’événement (= phénomène au sens large) du phénomène.

• Le phénomène requiert un choix dans l’observation• Le fait que lors d’un mélange de deux liquides il y ait un

trouble blanc ou de couleur sera pour moi un événement.• Sa description en termes de « précipitation » sera un

phénomène.• La distinction entre les mots n’est pas très utilisée, mais il est

essentiel de distinguer les notions correspondantes

Événement – Phénomène - modèle

• Le passage de l’événement au phénomène requiert un modèle– Pourquoi s’intéresser au précipité, et pas à la

couleur, si on n’a pas un modèle derrière la tête ?

Dualité macro – micro

• C’est une spécificité de la chimie• La relation entre deux niveaux est

générale en science– Le niveau micro explique les phénomènes

macro en chimie– Le niveau des cellules explique les

observations macro en bio– Le niveau théorique explique les phénomènes

en physique

Micro – macro - symbolique

• On peut expliquer la chimie avec les niveaux micro, macro et symbolique

Jonhstone, 1993, J. Chem Educ.

Micro(ou submicro)

Macro

Symbolique

Recherche d’analogies

• Les connaissances au niveau micro peuvent se construire par analogie– Par analogie avec ce qui est connu du niveau

macro• Que l’analogie soit correcte ou pas

– A l’aide de règles de fonctionnement du niveau symbolique

• Les règles peuvent être ou nom justifiée par des lois

– Etc.

Résultat de la création des K sur les modèles en chimie

• Ce qui résulte du processus de création des K en chimie s’exprime par des représentations– Concrètes (modèles moléculaires)– Visuelles (graphes)– Mathématiques– En langage naturel– Par des symboles spécifiques de la chimie

Transformation entre modes de représentations

• Le chimiste sais passer d’un mode (registre) de représentation à un autre.– Ex. CH4 , méthane,

– Il faut des K pour cela– Ces K doivent s’enseigner

Langage de la chimie

• Représenter les corps par des symboles est permanant dans l’histoire de la chimie

• Pourquoi H2O s’est-il imposé pour l’eau ?

terre eau air feu

Comment enfermer l’immensité du monde dans la prison de quelques traits ?

• Il ne suffit pas d’étiqueter ou de dénommer. Il faut inventer ou construire un substantif qui coïncide avec la substance.

• Forme du triangle alchimique, symbole de Lavoisier• Aspect voco-structural : il ne s’agit pas de

conférer un nom à une chose, mais il faut que la réalité puisse se traduire, se refléter dans une appellation transparente qui ne la déforme pas et ou chacun puisse la reconnaître.

• Quelle réalité se traduit, et qui se reconnaît dans les symboles de l’eau ?

– Dagonet F. (2002). Tableaux et langages de la chimie Essais sur la représentation Coll. milieux – Champ Vallon – LeSeuil

Du mot au symbole

• Aspect pictural : si le mot échoue, comment le remplacer ?

• La formule : parfois insuffisant• L’arrangement et les relations secrètes entre les parties• L’analogie avec les proches, les semblables et les dérivés• Il faut condenser toutes les propriétés tout en restant léger

• Ex. C6H4Cl2• Pourquoi la formule est-elle insuffisante ?• Quelles sont les relations entre les parties• Quelle analogie y a-t-il avec les proches

Dagonet (p.7)

• Il faut partir de Lavoisier, qui alluma l’incendie de la révolution chimique sémantique et ordinatrice.

• Quelle révolution ?• Pourquoi sémantique et ordinatrice ?

Révolution chimique sémantique et ordinatrice

• Changement de principes• Suppression du phlogistique,• Introduction de la notion d’élément chimique• Fondation de la thermochimie (Mémoire sur la chaleur 1780)

• Introduction de lois de conservation• Introduction d’une nouvelle nomenclature

• Sel de mer / chlorure de sodium• Huile de vitriol / acide sulfurique• Esprit de sel / acide chlorhydrique• Sel polychreste de Glaser• Teinture de Ludovic• Liqueur de Libavius

Critique du système Lavoisien

• Sa rigueur est aussi une raideur, par ce que de nature associationniste (cation anion)

• Le système a des erreurs (il place l’oxygène au centre, les métaux à l’origine des acides)

• Un système de K qui possède des erreurs permet-il de construire des K correctes ?

Développement des K en chimie et production de modèles

Nature des modèles

• Les modèles sont des productions de la science.

• Les modèles sont des connaissances d’un type particulier– Ils permettent la définition de concepts– Ils organisent les observations– Etc.

Ex. Modéliser l’acidité

• A l’origine• acide = qui a un goût acide, piquant (acidus = aigre, acide).

• Dans la théorie de Bronsted (1923)• Un acide libère H+, et une base capte H+.

• Ce modèle est un ensemble de K produit par la science.

• Il permet de définir :• ce qui est un acide et ce qui n’en n’est pas un.• Ce qui est une base ce qui n’en n’est pas une.• Il fournit une relation entre l’acide et la base

Produire des K en chimie nécessite des modèles

• Ex. Acide• Modèle de Liebig : Un acide déplace les métaux des sel (Na+

du sel CH3COONa est remplacé par H+ (et donne CH3COOH) en présence de l’acide HCl).

• Modèle d’Arrhenius (Prix Nobel 1903): tout acide libère H+, toute base libère HO-.

• Modèle de Bronsted (1923) : tout acide libère H+, toute base capte H+.

• On ne produit pas les même K avec les trois modèles

• Ex. Ammoniac : NH3 pour Bronsted, et NH4OH pour

Arrhenius• H2O est une base pour Bronsted, pas pour Arrhenius.

Communiquer des K nécessite des modèles

• Que peut-on dire du gaz chlore sans modèle ?• Il est vert, toxique, avec une odeur âcre.• Il réagit avec le fer, mais pas avec l’or.On reste au niveau des faits.

• Avec des modèles• On peut donner sa formule (Cl2 et non Cl) – modèle

atomique.• On peut dire pourquoi il est coloré alors que N2 ne l’est pas –

modèle des orbitales moléculaire.• On peut dire pourquoi il réagit avec le fer et pas avec l’or –

modèle de l’oydoréduction.

Évolution des modèles

• Les modèles ne sont pas figés• Ex. Modèles sur l’acidité

• Le modèle se transforme avec :• Des observations plus nombreuses et plus

précises• L’accès à d’autres champs expérimentaux• Le besoin de généraliser• La modification des paradigmes de la physique

(physique quantique).

Augmentation du nombre d’observations

• Ex. Substitution en chimie organique• CH3 Br + HO- → CH3OH + Br-

• La substitution est un remplacement (observations analytiques)

• La substitution peut être d’ordre 1 ou 2 (observations cinétiques)

• Des groupes proche de C peuvent modifier le déroulement de la substitution (observation sur de nouveau substrats).

Effet de la modification des paradigmes de la physique

• Description classique• On représente la substitution avec des flèches courbes

• Description quantique• On explique pourquoi tel ou tel facteur influe sur le

déroulement de la substitution• Possibilité de calculer l’énergie du système

H

C

H

H Br C

H

HO

H

H + Br-HO- +

Juste ou faux• Il n’est pas pertinent de dire qu’un modèle est

juste ou faux.• Certains modèles « faux » au regard du savoir

de référence actuel on permis de grande découverte.

• Ex. La classification périodique a été établie en partant sur la base de la relation de classement avec la masse atomique (alors que c’est in correct), c’est avec le numéro atomique qu’il faut effectuer le classement.

Modèles et chimistes

Les modèles sont omniprésents

• Le chimiste ne se rend pas compte qu’il est tout le temps en train d’utiliser des modèles.

• Pour évoquer les molécules• Pour parler des réactions• Pour effectuer des mesures• Pour prévoir• Etc.

• Toutes les explications des chimistes possède un haut niveau d’abstraction

Utilisation des modèles par les chimistes

• Visualisation des entités• Descriptions des propriétés des entités• Visualisation des processus impliquant

ces entités• Planification des activités expérimentales• Support des raisonnements• Construction des K

Modèle et théorie

• Grâce au modèle, le chimiste peut appliquer les théories de la physique sur les systèmes étudiés

• Ex. en oxydoréduction• Modèle du transfert d’électron entre couples redox

et de potentiel (relation de Nernst)• Théorie de l’électricité sur le courant circulant

quand deux points ne sont pas au même potentiel.• Cette théorie n’est pas utilisable si l’on modélise la

réaction redox comme un transfère d’oxygène.

Besoins du chimiste

• Le chimiste a besoin de représenter ses idées :– Sous forme visuelle (représentations symbolique,

graphique, etc.)– Sous forme mathématique (fonction d’onde, relation

de Nernst, etc.)– Sous forme de langage naturel

• De nombreux modèles (abstraits) de la chimie ont eu des contreparties concrètes, notamment avec les modèles moléculaires

Modèles moléculaires

• Les modèles moléculaires sont indispensables pour communiquer la chimie (entre experts, et dans l’enseignement) mais aussi pour le chimiste lui-même dans sa réflexion dans nombreux domaines de la chimie.

• Stéréochimie• Propriétés de la matière• Réactivité

Types de modèles moléculaires

Sphère durs Boules et bâtons

Modèles squelettes Modèles polyédriques Modèles informatiques

Modèles polyèdres

Modèles informatiques• L’animation résulte de l’optimisation d’un chemin

réactionnel• Nouvelle possibilité d’utilisation des modèles

moléculaires en recherche et surtout dans l’enseignement

Modèles - Théories et programme de recherche

Lakatos

Évolution des théories scientifiques

•    Les scientifiques ne décrivent pas la réalité telle qu'elle est. Si c'était le cas, il n'y aurait plus lieu de réviser leurs théories et de les faire évoluer ; elles seraient achevées.

• Or, un simple regard sur l'histoire des théories dites scientifiques met plutôt en évidence leurs régulières remises en question.

http://revue.de.livres.free.fr/cr/lakatos.html

Qu’est ce qui distingue théorie scientifique des autres théories ?

• Critère de réfutabilité (une théorie est scientifique si elle est réfutable).

• Le scientifique fonctionnerait par une succession de conjectures / réfutation

Faiblesse de l’approche conjecture / réfutation

• A leur début, les théories scientifiques sont mal construites dont facilement réfutables.

• Il se trouve qu’on préfère négliger les résultats expérimentaux qui conduirait à la réfutation des théories. (cas de l’établissement de la classification périodique)

• Sinon, on n’avancerait pas.• L’observation à la source de la réfutation peut

elle-même être incorrecte et qu’on ne le découvre que plus tard.

Programme de recherche - Lakatos

• Si l'activité scientifique ne consiste pas uniquement à réfuter des théories ou à les corroborer, qu’est-ce qui la caractérise ?

• Imre Lakatos introduit la notion de programme de recherche : = principe heuristique basé sur un noyau dur déclaré irréfutable et qui définit des règles méthodologiques sur les voies de recherche à éviter (heuristique négative) ou à poursuivre (heuristique positive).

Heuristique positive et négative• L'heuristique négative essaye d'éliminer les

anomalies que peut rencontrer une théorie en modifiant certaines hypothèses auxiliaires tout en se gardant bien de changer le noyau dur.

• L'heuristique positive s'occupe peu des anomalies mais développe autour du noyau dur des modèles de plus en plus sophistiqués afin de rendre compte de mieux en mieux de la réalité.

Heuristique = qui sert à la découverte

Cas du développement du modèle quantique en chimie

• Au début : les moyens de calculs étaient modestes, les prédictions souvent fausses.

• On conserve les postulats de la mécanique Q,• on supprime certaines notions (heuristique

négatives) • et on améliore les techniques de calcul

(heuristique positive) profitant de l’augmentation de la puissance des ordinateurs

• Les prédictions sont de plus en plus proches de la réalité.

Modélisation en didactique de la chimie

Point de vue de l’élève

Importance dans l’enseignement

• Les modèles ont un tel rôle en chimie qu’il est essentiel de les considérer dans l’apprentissage.

• Apprendre la chimie requiert:• La présentation des principaux modèles produits

par les chimistes, leur portée, leurs limites;• D’apprécier leur rôle dans la validation et la

disséminations des résultats des recherches en chimie;

• De créer et de tester des modèles produit pas un groupe ou un individu.

Principaux modèles produits

• De nombreux modèles sont devenus obsolètes– Vision mécanique des atomes.

• Ex. Atomes d’acide de forme piquante– Phlogistique.

• Un des éléments contenu en plus ou moins grande quantité dans les substances et qui se transmet lors de certaines réaction chimique

• C + oxyde de fer → CO2 + Fe• C perd sont phlogistique, et Fe en gagne, puis le

perdra en s’oxydant.

Portée et limite d’un modèle• Pour Lavoisier, l’oxygène est un élément

constituant des acides– Oxygène = oxy (acide) gène (propre à générer)– Lavoisier désigne l'air vital sous le nom de principe

«oxygène» ou propre à engendrer les acides • HNO3, H3PO4, H2SO4 résulte de l’oxydation de

l’azote, du phosphore ou du soufre.– Limite : Ca en brûlant donne CaO (la chaux) qui est

une base.– Les théories de l’acidité de Arrhenius ou Bronsted

dépasseront cette limite.

Rôle dans la validation des résultats des recherches

• Si un résultat ne peut être interprété par un modèle il faut remettre en question :– Le résultat– Le modèle

• Structure du carbone (Vant’ Hoff)

A SUGGESTION LOOKING TO THE EXTENSION INTO SPACE OF THE STRUCTURAL FORMULAS AT PRESENT

USED IN CHEMISTRY. AND A NOTE UPON THE RELATION BETWEEN THE OPTICAL ACTIVITY AND THE CHEMICAL CONSTITUTION OF ORGANIC COMPOUNDS.

Jacobus Henricus van 't HoffArchives neerlandaises des sciences exactes

et naturellesvolume 9, p. 445-454 (September 1874)

Van’t Hoff (1852 - 1911 ) il a 22 ans !Premier prix Nobel de Chimie en 1901

Problématique de l’article

• Que peut-on dire (du point de vue de la modélisation) de :

It appears more and more that the present constitutional formulas are incapable of

explaining certain cases of isomerism; the reason for this is perhaps the fact that we need a more definite statement about the

actual positions of the atoms.

• If we suppose that the atoms lie in a plane, as for example with isobutyl alcohol (Figure I) where the four affinities are represented by four lines in this plane occupying two directions perpendicular to one another, […]

• Van’t Hoff arrive au fait qu’il y a 2 isomères (optiques) de cet alcool.

• Or 1 seul est connu […] thus far

CH3

C

CH3

CH2OHH

CH3

C

H

CH2OHH3C

• The theory is brought into accord with the facts if we consider the affinities of the carbon atom directed toward the corners of a tetrahedron of which the carbon atom itself occupies the center. The number of isomers is then reduced and will be as follows …

Limite du modèle

• Thus far we have considered the influence of the hypothesis upon compounds in which the carbon atoms are united by a single affinity only, (leaving out some aromatic bodies )…

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Nécessite une extension du modèle(formule de résonance)

Créer et tester des modèles comment ? Pourquoi ?

• Comment : rédiger un « Texte du modèle » (ex en 1S)– La matière est électriquement neutre. Lorsqu’elle est constituée

d’ions, les charges positives des cations et des anions se compensent.

– Une solution aqueuse ionique, est constitués d’anions et de cations dispersés parmi les molécules d’eau. Les ions ne peuvent pas être séparés du solvant par filtration.

– …• Pourquoi

– Limiter la réflexion lors de l’introduction d’un concept– Apporter des définitions (à apprendre) aux élèves– Forcer la relation prof – élève autour de règles partagées.

Mise en œuvre en classe du texte d’un modèle

• Lecture difficile pour l’élève.• A associer à une activité qui utilise le texte• A réutiliser souvent (autres activités,

exercices, explications).• Ne pas expliquer avec d’autres arguments

que ceux du modèle• Difficile pour le professeur

Comment les élèves voient les modèles

Trois niveaux

1. Le modèle est une copie de la réalité / certains aspects de la réalité sont retirés.

2. Le modèle est créer avec un but / beaucoup d’aspect de la réalité sont retirés / Le fait que le modèle est copie de la réalité domine

3. (expert) Le modèle est créé pour tester des idées / il a un rôle actif dans la construction des K / il peut être testé et changé

Conséquences

• La copie de la réalité conduit à donnée aux objets du modèle des propriétés qu’il n’a pas :– Une couleur pour les atomes– Une taille croissante avec le nombre

d’électrons qui le constituent

Évolution du rayondes atomes dans la

classificationpériodique

(bloc S et P)

Origine des difficultés

• Le modèle décrit la réalité (sans être une copie), il n’y a qu’un pas pour penser que « c’est la réalité », ou que c’est un « modèle réduit » de la réalité.

• Le vocabulaire utilisé peut être une difficulté– Couche électronique– Neutralisation d’un acide– Etc.

Secondary students' mental models of atoms and molecules: Implications for teaching chemistryAllan

G. Harrison *, David F. TreagustScience Education 509 - 534

• This interview-based study probed 48 Grade 8-10 students' mental models of atoms and molecules and found that many of these students preferred models that are both discrete and concrete.

• Most younger science students have difficulty separating models from reality.

• Several students concluded that atoms can reproduce and grow and

that atomic nuclei divide.

• Electron shells were visualized as shells that enclosed and protected atoms, while electron clouds were structures in which electrons were embedded.

• It is recommended that teachers develop student modeling skills and that they discuss analogical models, including shared and unshared attributes, with their students

Variété des modèles

• Différents modèles sont utiliser pour décrire un même objet / phénomène– Difficulté pour s’y retrouver– Difficultés pour passer des uns aux l’autres

• Ex. Modélisation d’un cristal– Modélisation en termes mathématique (réseau,

maille, etc.)– Modélisation en termes de sphère dures– Modélisation énergétique– Théorie des bandes

Variété des représentation pour un même modèle

Exemple avec NaCl

Modèle 3D / 2D

• Voir l’article de Laurence Viennot dans le dernier Didaskalia

Modèles hybrides

• L’enseignant peut utiliser des attributs de différents modèles (historique) pour constituer son modèle (d’enseignement)

(Justi, Gilbert)

• Ex en cinétique chimique (voir partie suivante)

Les modèles de la vitesse de réaction chimique

Lexique utilisé pour la présentation

• J’utilise des termes modernes• Le sens de ces mots a changé avec les

théories

Le modèle anthopomorphique de la cinétique chimique

• Les choses sont comme les personnes.– Elles aiment, elles détestent– C’est la théorie des affinités chimiques– Le terme est resté (A = -rG) mais a changé de sens

• Pour les philosophes grecs, il devait y avoir quelque chose comme de l’amour entre les choses.

• L’affinité est une sorte de force sélective entre les choses qui s’aiment

Modèle corpusculaire des affinités

• Boyle et Newton relient l’affinité à des particules microscopiques

• Formes particulière des particules pour adhérer ou non les unes aux autres

• Il ne s’agit pas de force entre particules

• C’est la première fois que ce qui conduit à la réaction chimique est interprété en termes de propriétés de corpuscules

• La vitesse de réaction est lié à la différence d’affinité entre corpuscule.

• On montre que la température modifie l’affinité entre les corpuscules.

• Des tables d’affinités sont établies• Berzelius (1779 – 1848) introduit le terme de catalyseur (1837)

• Pas de traitement mathématique entre énergie et vitesse de réaction

Au début du XIXe

– Premières synthèses organiques– 1828, par chauffage du cyanate d’ammonium

(NH4+ OCN-) Whöler obtient l’urée O=C(NH2)2

– Réactions lentes– Le problème de la vitesse de la réaction se

pose

Premier traitement quantitatif

• On se pose la question de l’interprétation de la variation exponentielle de la vitesse

• 1850 : mathématisation par Wihlkelmy de l’interprétation de l’inversion su saccharose

Inversion du saccharose

• Saccharose + H2O → Glucose + fructose

• Nécessité d’une grandeur pour suivre la réaction– angle de rotation de la lumière polarisée)

• et d’une loi pour relier la grandeur à la concentration– loi de Biot : = [i] ci

• saccharose 66,5°• glucose 52°• Fructose -93°

O

O

C

H

2

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

2

C

O

H

O

H

C

H

2

O

H

Premier traitement quantitatif (suite)

• Mathématisation par Wihlkelmy – Première loi de vitesse– C’est la première interprétation non empirique– C’est le début de la chimie-physique

• Puis Berthelot et De Saint Gilles étudie l’estérification

• La vitesse de réaction est considérée comme dépendant de la quantité de matière à réagir

• Rien n’est dit sur la catalyse

Mécanismes réactionnels• Collaboration entre Harcourt - chimiste - et Hesson -

mathématicien (1865)• Pour Harcourt, il y a des interactions par étape.• Recherche d’analogie entre réaction et lois de la mécanique• Réaction du 1er et 2e ordre ; étapes réactionnelles.• Intégrations d’équations différentielles

• Modèle prédictif• Relation empirique entre la température et la vitesse de réaction• Influence de la température sur le mouvement des molécules• Les réactions chimiques ne peuvent avoir lieu à 0 K

• Ostwald interprète le phénomène de catalyse avec ce modèle (1909)

• Existence d’un autre chemin réactionnel emprunté par le catalyseur• Possibilité de catalyse négative (inhibiteur)• Absence de preuves expérimentales sur l’observation des

intermédiaires réactionnels

Modèle thermodynamique• On reprend les hypothèses de la réaction par étape

• On ajoute la notion de collisions entre molécules ayant une énergie suffisante

• Effet de la température• Ce n’est pas l’origine de la réaction, mais l’origine du changement

de vitesse.• L’énergie de la réaction (rH°) n’est pas forcément indépendant de

la réaction (Van’t Hoff, 1896). Etude de réactions directes et inverses.

• La température n’est pas seulement responsable de la plus grande fréquence des chocs mais de l’énergie plus grande des chocs Arrhénius, 1889)

• Notion de barrière d’énergie.

• Point non abordés :• Comment les molécules acquièrent-elles leur énergie ‘suffisante’.• La barrière d’énergie n’est pas accessible à la théorie

Barrière d’énergie

réactif

énergie

produit

Barrière d’énergie : Ea k = A exp(Ea / RT)

Le calcul de la valeur de la barrière d’énergie est pas accessible à la théorieC’est une valeur empirique

Modèle cinétique

• Comment les collisions ont-elles lieu ?• Cadre du modèle cinétique des gaz• Molécule = sphère dure• La fréquence et l’énergie des collisions est

accessible au calcul• L’orientation des molécules au moment du choc

est prise en compte (facteur stérique « A » dans l’équation d’Arrhénius). Seule une fraction des chocs sont efficaces

k = A exp(Ea / RT)

Modèle de la mécanique statistique

• Distribution statistique des vitesses moléculaires

• Energie critique à partir de laquelle la réaction a lieu

• Surface d’énergie potentielle

Surface d’énergie potentielle

Coordonnée de réaction

Énergie potentielle

État initialÉtat final

État activé

Energie potentielle de quoi ?

Etude de l’énergie du système

Cl + H2 = HCl + H

Cl H H Cl H H Cl H H

Etat initial Etats intermédiaires Etats finals

Résultats de la théorie

• La théorie retrouve la dépendance en température d’Arrhénius

• Notion de réaction en chaîne (Bodenstein)

• Des atomes (Nernst) ou des radicaux (Taylor) peuvent être des intermédiaires

Modèle du complexe activé• Articulation de la thermodynamique, de la cinétique et de

la physique statistique.• La connaissance de la vitesse de réaction permet de

comprendre comment la réaction se déroule.• Seules une partie des molécules sont au col de la

surface d’énergie potentielle.• Prise en compte simultanée de répartition statistique et

de mécanisme microscopique (Evans, Polanyi, Eyring 1935 - 1938).

• Pour la première fois, les grandeurs thermodynamiques et cinétiques sont en relation.

Hypothèse de base de la théorie L’état activé est en équilibre avec E.I. et

E.F.

C.R.

Ep

A + BCAB + C

ABC

Avancement

Énergie (macroscopique)

A + BCAB + C

ABC

G‡

G0

Expression de la constante de vitesse

Avancement

E

A + BCAB + C

ABC

G‡

K‡ = [ABC] / [A] [BC]

traitement statistique :k = kBT K‡ / h

K‡ = exp (-G‡ / RT) = exp (S‡ / R) exp (-H‡ / RT)

k = kBT/h eS‡ / R e -H‡ / RT

Modèle du complexe activé

• Prise en compte simultanée de répartition statistique et de mécanisme microscopique (Evans, Polanyi, Eyring 1935 - 1938).

• Pour la première fois, les grandeurs thermodynamiques et cinétiques sont en relation.

Analyse du programme de 2nde

• II - Constitution de la matière (4 TP, 8 h en classe entière) Objectifs

• Cette deuxième partie donne une description microscopique de la matière à l’aide de modèles simples pour la constitution des atomes, des ions et des molécules et introduit le concept d’élément et de sa conservation au cours d’une transformation chimique. L’enseignant sensibilise l’élève à la notion de modèle et à ses limites : modèle de l’atome, modèle du cortège électronique pour l’atome et modèle de Lewis de la liaison covalente pour les molécules. Les modèles mis en place permettent de rendre compte de la formule et de la géométrie des molécules (et éventuellement de les prévoir). Dans une molécule la disposition relative des atomes est interprétée comme résultant de la minimisation des interactions répulsives entre paires d’électrons autour d’un atome central.

Question sur le texte précédent

• Combien de modèles sont envisagés ?• Quelle interaction y a-t-il entre les

différents modèles ?• Quels rôles sont donnés aux modèles.

Modèles dans l’enseignementPoint de vue de l’enseignant

• On peut penser que l’enseignant doit avoir un point de vue large et clair sur – La nature des modèles– La façon dont les étudiants construisent leur

propres modèles mentaux– La façon dont on peut introduire les modèles

scientifiques en classe– La façon de développer des modèles

pédagogiques en classes

Enquête sur les professeur

• Tous reconnaissent que les modèles sont des outils essentiels en science.

• La moitié seulement pense que les modèles sont des produits de l’activité scientifique.

• Les enseignants sont souvent au niveau 1 et 2 de modélisation (vus précédemment)

Professeurs et manuels

• Les professeurs peuvent citer peu de modèles alors qu’ils y en a de grandes quantités dans les manuels des élèves.