SCIENCES PHYSIQUES Classe de SECONDE S · 2020. 10. 4. · Ce document qui est une Re-saisie du...

Ce document qui est une Re-saisie du programme officiel de sciences physiques a été conçu pour un usage personnel.

SCIENCES PHYSIQUES

Classe de SECONDE S

Programme

Instruction

Commentaire

MINISTÈRE DE L’ÉDUCATION NATIONALE

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INTSTITUT PÉDAGOGIQUE NATIONAL

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S.R.A.E.S

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DÉPARTEMENT DE SCIENCES PHYSIQUES

RÉPUBLIQUE GABONAISE

UNION – TRAVAIL - JUSTICE

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COPIE DU PROGRAMME OFFICIAL DE SCIENCES PHYSIQUES_2nde S_Ed.1994

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PROGRAMME OFFICIEL DE SCIENCES PHYSIQUES

CLASSE DE SECONDE S

INSTRUCTION GÉNÉRALE

Il convient :

• De se limiter aux connaissances et aux savoir-faire exposés dans le programme et les

instructions officiels ;

• De définir et faire connaître aux élèves, dans une pédagogie de contrat, les

connaissances exigibles à la fin de la classe de seconde ;

• D’ouvrir davantage l’enseignement sur le monde extérieur en ne négligeant pas les

applications techniques, les aspects économiques et l’histoire des sciences ;

• D’aider les élèves à améliorer leurs méthodes de travail ;

• De développer, au cours de séances de travaux pratiques, leur habileté manuelle, leur

faculté d’observation, leur curiosité, leur goût de la recherche ;

• De montrer aux élèves que certaines capacités développées en sciences physiques se

retrouvent dans d’autres disciplines et contribuent à leur formation générale.


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1. PHYSIQUE

1.1. ÉLECTRICITÉ

Les objectifs généraux du programme d’électricité sont très modestes.

Rappelons-les :

• Savoir mesurer une intensité et une tension ;

• Savoir utiliser la loi des nœuds et l’additivité des tensions ;

• Savoir utiliser la relation 𝐈 = 𝐄/∑𝐑 pour un circuit série ;

• Réinvestir les connaissances acquises dans une réalisation pratique ;

• Savoir réaliser un schéma à partir d’un montage électrique, et inversement.

Le premier de ces objectifs est relatif à savoir-faire expérimental :

Les élèves doivent savoir mesurer avec sûreté les intensités et les tensions dont il est question

en cours. Cela implique la connaissance de leurs ordres de grandeur, la prévision du sens des

courants continus et du signe des tensions correspondantes. Les deux objectifs suivants ont trait

à la connaissance scientifique des lois de l’électrocinétique pour le courant continu. Il s’agit de

lois simples, mais dont la maitrise permet de comprendre le fonctionnement de nombreux

dispositifs électriques et électroniques.

On cherchera donc, lors de séances d’exercices ou de travaux pratiques (TP) à diversifier les

situations où ces lois pourront être utilisées ou vérifiées.

Les autres objectifs concernent le côté pratique de l’électricité. Il s’agit de rendre les élèves

capables d’utiliser une démarche scientifique pour identifier, prévoir ou réaliser la fonction de

tel ou tel système. La connaissance des lois précédentes permet alors de simplifier les

procédures de mesures, lorsque l’on cherche à recueillir des renseignements d’ordre

expérimental, ou de calculer les caractéristiques d’un dispositif que l’on veut construire.

Le programme d’électricité comprend trois parties d’importance sensiblement égale pour

lesquelles on recherchera une présentation aussi intégrée que possible.

Programme

I. Intensité et tension

I.1. Courant électrique continu : circulation des porteurs de charge, sens conventionnel du

courant. Détermination du sens du courant et mesure de l’intensité du courant. Notion de

quantité d’électricité.


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Instructions :

Objectif : maîtriser l’usage d’un appareil multicalibres et multifonctions.

𝐼 est identique en tous points d’un circuit non bifurqué et 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 lors d’une bifurcation.

On ne choisira que des situations où le sens du courant est connu. On notera ce sens par une

flèche sur le circuit.

L’intensité du courant dans ces conditions apparaitra toujours comme positive; le professeur ne

soulèvera pas les problèmes d’algébrisation des intensités en classe de seconde.

Commentaires :

Le programme recommande de choisir des situations où le sens du courant est connu. En notant

ce sens par une flèche sur le circuit et en attribuant une valeur positive à l’intensité du courant

correspondant, on choisit le parti de la simplicité, sans nuire aux généralisations qui devront

nécessairement être faites dans les classes ultérieures. Les dipôles passifs et symétriques, que

l’on peut effectivement définir comme ceux qui possèdent une caractéristique courant-tension

présentant une symétrie par rapport à l’origine, seront provisoirement définis comme des

dipôles dans lesquels une même portion de circuit extérieur, comportant un générateur, débite

le même courant, lorsqu’on les retourne. Ces deux définitions sont bien évidemment

équivalentes : dans le premier cas, on parle de l’intensité (algébrique) traversant le dipôle

étudié ; dans le second, l’intensité positive dont il est question est celle qui parcourt la portion

de circuit extérieure au dipôle. Mais, quelle que soit la définition adoptée, la pratique

expérimentale consiste bien, le plus souvent, utilisant un circuit sans bifurcation, à retourner le

dipôle et observer ce que devient le couple (𝑢, 𝑖), compté par rapport au reste du circuit. Si la

définition algébrique est plus générale, elle est aussi plus abstraite et n’est pas nécessaire à la

plupart des réalisations pratiques. L’algèbre doit venir après les premières analyses, et

seulement lorsqu’elle est vraiment nécessaire et qu’elle apporte une simplification réelle à la

description des phénomènes.

La vérification de la loi des nœuds 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 donnera l’occasion de faire remarquer que

l’insertion d’un appareil (ici un ampèremètre) dans une branche du circuit, perturbe légèrement

l’ensemble du système étudié. On notera toutefois que la perturbation ainsi apportée peut être

évitée si l’on dispose d’un nombre suffisant d’ampèremètre placés à demeure. Elle peut aussi,

si l’on s’en donne la peine, être évaluée, et l’on corrige alors ses effets. Il n’en est pas de même

en ce qui concerne les erreurs entachant les indications des appareils : on ne peut les connaître

à priori. On dispose toutefois, en ce qui les concerne, d’indications fournies par le constructeur,

et l’on peut, à leur sujet, pratiquer quelques observations de type statistique. Sur deux ou trois

exemples, on précisera l’information fournie par le constructeur concernant la valeur absolue

de l’erreur absolue « maximale » que l’on peut commettre sur tel ou tel calibre d’un appareil :

la probabilité pour que cette erreur « maximale » soit atteinte est généralement faible, mais, si

la collection d’appareils dont on dispose n’est pas réétalonnée périodiquement, elle peut être

dépassée pour un ou deux d’entre eux. On pourra donc estimer l’incertitude absolue sur une

mesure directe de courant ou de tension grâce à l’indication du constructeur, mais en indiquant

qu’un caractère probabiliste s’attache à cette notion. Pour une collection d’ampèremètre à

aiguille datant de quelques années, par exemple, la probabilité pour qu’une erreur de mesure


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soit comprise à l’intérieur de l’intervalle donné par l’incertitude de classe indiqué par le

constructeur est de l’ordre de 90%

Instructions

• Comprendre que la différence de potentiel est une grandeur algébrique.

• Mémoriser : 𝑈𝐴𝐵 = −𝑈𝐵𝐴 ; 𝑈𝐴𝐶 = 𝑈𝐴𝐵 + 𝑈𝐵𝐶 .

• On utilisera la symbolisation d’une tension par une flèche (Cf. illustration ci-dessous)

• Savoir utiliser l’oscillographe pour visualiser des tensions variables et mesurer

algébriquement une tension constante.

Commentaire :

Le caractère algébrique des différences de potentiel est plus facilement mis en évidence lorsque

l’on dispose de multimètres numériques, mais l’usage d’un voltmètre à aiguille ou d’un

oscillographe doit permettre à chacun de désigner et de mesurer correctement une différence de

potentiel algébrique. On n’omettra pas de signaler que dans les montages pratiques utilisant du

courant continu, comme les installations électriques des automobiles, un ensemble de parties

métalliques formant un conducteur unique et ne présentant entre elles, de ce fait, aucune

différence de potentiel, constitue une référence (la masse), par rapport à laquelle on évalue de

nombreuses différences de potentiel. Si 𝑴 est un point de la masse, et 𝑷 un point du montage

ne faisant pas partie de la masse, la d.d.p 𝑼𝑷𝑴 est souvent notée 𝑽𝑷 et appelée potentiel du

point 𝑷. il est alors sous-entendu qu’il s’agit du potentiel de 𝑷 par rapport à la masse.

L’exemple le plus proche que la plupart des élèves auront sous les yeux sera constitué par les

alimentations stabilisées doubles dites ((+15𝑉 , −15𝑉). Pour ces alimentations +15𝑉 et −15𝑉

sont les potentiels respectifs de borne de sortie positive (𝑃) et négative (𝑁) par rapport à la

masse de mesure prise comme référence.

D’une manière générale, on veillera à ne pas compiler artificiellement des situations théoriques.

En revanche, en fonction du niveau de la classe, on pourra profiter des faits expérimentaux

rencontrés dans des situations concrètes, pour élargir le champ de réflexion des élèves.

S’agissant par exemple des alimentations doubles rendues nécessaires par la pratique des

amplificateurs opérationnels, alimentations dont il a été question plus haut, on vérifiera que si

une telle alimentation constitue l’unique source d’énergie d’un montage, et si on utilise ses trois

bornes, un courant d’intensité 𝐼1, sort toujours par la borne positive 𝑃 dont le potentiel est le

A B

𝑼𝑨𝑩

Programme

I.2. Tension électrique ou différence de potentiel (d.d.p) entre deux points d’un circuit ; sa

mesure.

I.3. Existence de tensions variables.


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plus élevé et un courant d’intensité 𝐼2 entre toujours par la borne négative 𝑁 dont le potentiel

est le plus bas. En revanche, le courant entre ou sort, selon le montage, par la borne de masse,

au potentiel intermédiaire.

Supposons que le courant entre par cette borne dans l’alimentation, et désignons son intensité

par 𝐼3. La relation 𝐼1 = 𝐼2 + 𝐼3 que l’on peut constater expérimentalement apparait comme une

conséquence plus ou moins directe de la loi des nœuds, si le montage est simple. Au cas où il

devient complexe (présence de transistors, d’amplificateurs opérationnels, etc.), si le niveau de

la classe le permet, on précisera qu’elle traduit avec plus de généralité la non accumulation de

quantité d’électricité dans l’ensemble du montage considéré.

Instructions

Objectifs :

• Maitriser, moyennant une aide adaptée, le montage permettant le tracé d’une

caractéristique.

• Distinguer, d’une part, les dipôles actifs des dipôles passifs, et d’autre part, les dipôles

passifs symétriques et non symétriques.

• L’étude expérimentale des dipôles passifs sera limitée à ce qui peut être fait en deux

séances de travaux pratiques. Elle pourra être conduite en liaison avec la réalisation

d’un montage électronique.

• Comprendre l’utilisation d’un conducteur ohmique comme diviseur de tension.

• Mémoriser les lois d’association de deux conducteurs ohmiques.

• On calculera les résistances équivalentes et on vérifiera le résultat à l’ohmmètre.

• Montrer l’intérêt de la notion de point de fonctionnement.

Commentaires

Les instructions du programme mettent l’accent sur le fait qu’il convient d’éviter de tracer

trop de caractéristiques de dipôles qu’on n’utilise pas par la suite. Il faut insister sur le côté

pratique des dipôles étudiés : c’est ainsi que certains constituent des capteurs (thermistances,

photorésistances, diodes alimentées à courant constant, …) ; d’autres comme les diodes Zener

interviennent comme références de tension dans les asservissements que constituent les

régulateurs de tension utilisés dans les alimentations stabilisées. Les V.D.R. sont utilisées

pour supprimer les surtensions qui sans elles apparaitraient lors de l’ouverture de circuit

inductifs, etc.

Programme

II. Dipôles.

II.1. Étude expérimentale des caractéristiques 𝒖 = 𝒇(𝑰) et 𝑰 = 𝒈(𝒖) de quelques dipôles

passifs.

Résistance d’un conducteur ohmique.

I.I.2. Association de conducteurs ohmiques.

I.I.3. Étude expérimentale de la caractéristique 𝒖 = 𝒇(𝑰) d’un générateur possédant une

résistance interne. Force électromotrice (f.e.m).

I.I.4. Branchement d’un conducteur ohmique sur pile.


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Afin de rendre tout à fait profitable la partie du programme relative au montage électronique,

on étudiera spécialement le ou les dipôles qui y seront mis en œuvre.

Il va de soi que les résistances seront présentées comme des dipôles particulièrement simples

pour lesquels le calcul permet de prévoir les résultats d’associations nécessaires. À cet égard,

on fera remarquer que les tolérances caractérisant les résistances que l’on peut se procurer

dans le commerce entrainent de légères différences entre les valeurs nominales et les valeurs

réelles. Ces différences rendent souvent indispensable l’adjonction de résistances ajustables

permettant de réaliser avec précision les points de fonctionnement désirés. Pour obtenir une

tension précise aux bornes d’un élément de diviseur de tension, une intensité exacte dans un

circuit, etc., il ne sert à rien de calculer telle ou telle résistance avec 4 chiffres significatifs si

la technologie ne peut assurer cette précision de fabrication. Il faut inclure dans le montage

une résistance ajustable, de valeur compatible avec la précision souhaitée. Le choix de cette

résistance ajustable dans la chaîne potentiométrique totale peut constituer un exercice

intelligent et réaliste.

Instructions

Cette rubrique du programme pourra être traitée en tout ou partie simultanément avec l’étude

des dipôles.

On pourra partir d’un système existant que l’on observe ou dont on observe le schéma, ou

bien, à l’inverse faire appel à une démarche de projet.

Compte tenu de l’évolution de l’électronique, l’amplificateur opérationnel trouve maintenant

sa place à côté de composants plus traditionnels ; il peut, par exemple, être inclus dans un

montage de type suivant : amplificateur inverseur de tension, amplificateur de tension non

inverseur, sommateur, suiveur, comparateur. On sensibilisera préalablement les élèves à

l’approche fonctionnelle d’un dispositif pratique ou didactique.

Commentaire

Cette partie du programme est essentielle. Elle doit permettre de mettre en évidence le côté

pratique de l’enseignement des sciences physiques. Elle ne doit pas être dissociée du reste du

programme d’électricité.

Plusieurs démarches sont possibles pour la traiter. La meilleurs consiste à partir d’un montage

complet, didactique, esthétiquement convenable, fonctionnant de manière fiable et réalisant une

fonction globale qui présente un réel intérêt économique, social ou industriel. On analysera

expérimentalement la fonction globale, puis les fonctions partielles des différents sous-

ensembles. En dehors des cours, les élèves seront invités à regarder comment ces mêmes

fonctions sont actuellement réalisées dans le monde technique qui les entoure : comment,

éventuellement, elles ont été réalisées autrefois, comment les progrès techniques ont rendu leur

Programme

III. Réalisation d’un montage électronique.

III.1. Analyse de la structure d’un dispositif électronique et indications sur la fonction de

ses différents sous-ensembles : capteurs, dispositif électronique et alimentation, sortie

III.2. Réalisation d’un montage simple utilisant un amplificateur opérationnel.


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réalisation nécessaire. Il faut que les élèves aient le sentiment que l’enseignement qui leur est

proposé dans ce volet leur dévoilera un pan de la réalité technologique. Il est souhaitable,

comme cela a déjà été dit, qu’une partie des éléments du montage ait été présentée dans le cours

d’électricité précédent. De même, après l’étude fonctionnelle, le montage permettra

d’introduire l’étude théorique d’une ou plusieurs fonctions particulières qui auront été mises en

œuvre effectivement dans le montage, ou qui en constitueront une version simplifiée.

Cette démarche pédagogique qui a pour effet de placer d’emblée les élèves devant un système

et non devant un composant, permet une grande variété de cheminements pédagogiques. Elle

nécessite que le lycée dispose d’un nombre suffisant de montages didactiques.

Une autre démarche consiste à faire réaliser par les élèves un montage assurant une fonction

donnée.

Pour atteindre ce but, on fera, là encore, l’inventaire des différentes fonctions à mettre en œuvre.

On se proposera d’en réaliser certaines, dont le principe est compréhensible par les élèves. On

acceptera cependant que certaines fonctions réalisées d’après un schéma, ou dues à des sous-

ensembles pré-montés, ne soient connues que par la relation liant les grandeurs d’entrée et de

sortie. L’attitude modeste qui consiste à ne connaitre certaines parties d’un montage que par

leur aspect fonctionnel n’est pas un renoncement. C’est, au contraire, la démarche qui permet

de réaliser un système à la fonction globale plus riche, mettant en œuvre et donc valorisant les

parties dont on comprend « tout ». Cette démarche de « projet » nécessite elle aussi l’existence

d’un matériel pédagogique conçu par l’équipe des professeurs. Elle doit aboutir à un montage

fonctionnant à coup sûr, afin de ne pas décevoir les élèves.

Une autre démarche, encore, est la suivante : ayant présenté des circuits intégrés linéaires

(amplificateurs opérationnels), le professeur définit les propriétés d’un composant idéal, et

applique les lois de l’électricité à quelques montages simples qui seront réalisés en T.P. mais,

même dans ce cas, il ne faut pas se limiter à des montages « gratuits ». Si l’on a fait construire

par les élèves un amplificateur de tension, par exemple, il faut utiliser cet amplificateur pour

observer un signal qu’autrement on ne verrait pas dans de bonnes conditions (comme, par

exemple, le signal issu d’un petit microphone).

Il faut qu’un élève, même non désireux de poursuivre des études scientifiques, comprenne qu’il

est possible, en appliquant quelques lois simples de la physique à des systèmes construits autour

de composant modernes aux propriétés bien définies, de concevoir des montages utiles et

performants.

Quelle que soit la démarche suivie, les élèves doivent avoir utilisé l’amplificateur opérationnel.

À partir d’un schéma, ils doivent savoir réaliser un montage et appliquer à son propos les lois

de l’électricité du programme.


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1.2. MÉCANIQUE

L’enseignement de la mécanique dans cette classe doit rester dans les limites indiquées. Il s’agit

simplement d’asseoir quelques idées de base sur le mouvement et les forces. L’approche

souhaitée doit donc rester simple et concrète, étayée par des exemples variés empruntés autant

que possible à l’expérience courante. Il convient d’éviter une démarche trop abstraite qui ne

pourrait, à ce niveau, que détourner une majorité d’élèves des sciences physiques. En

particulier, la notion de force sera précisée progressivement et ne supposera pas une étude

préalable de la quantité de mouvement.

Les objectifs généraux, indiques dans le libellé du programme, sont :

• Apprendre à définir un système.

• Comprendre et savoir utiliser le concept de force et le principe de l’inertie.

• Savoir effectuer un « bilan de forces ».

Instruction

• Montrer la nécessité, à partir d’exemples concrets simples, de choisir un repère pour

décrire le mouvement.

• Montrer qu’on peut définir, en un point donné, dans un mouvement rectiligne, la

direction, le sens et la grandeur de la vitesse qui constituent les attributs d’une

grandeur vectorielle.

• Généraliser au cas d’un mouvement curviligne sans justification par le passage à la

limite.

• La composition vectorielle des vitesses ne sera pas étudiée.

Commentaires

On fera remarquer, en s’aidant d’exemples simples, que le mouvement d’un point mobile, en

particulier la trajectoire, n’est défini que si on précise le repère d’espace par rapport auquel on

rapporte le mouvement.

On introduira la vitesse numérique sur l’exemple de mouvement rectiligne uniforme d’un point.

Puis, sur le même exemple, on fera remarquer qu’en un point donné, il est nécessaire de

préciser, outre la direction du mouvement, son sens. On sera ainsi conduit à définir le vecteur

vitesse qui fournit, à chaque instant, l’information complète sur le mouvement d’un point. On

généralisera au cas d’un mouvement rectiligne quelconque, puis d’un mouvement curviligne,

sans procéder à un passage à la limite. On notera en particulier, qu’au cours, par exemple, d’un

mouvement circulaire uniforme, le vecteur vitesse varie à chaque instant. On fera seulement

remarquer que pour déterminer expérimentalement le vecteur vitesse en travaux pratiques, il

suffit de prendre comme longueur parcourue celle du segment rectiligne déterminé par deux

points très voisins.

Programme

I. Le mouvement.

Vecteur vitesse d’un point mobile.


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La composition des vitesses est hors programme mais on fera comprendre la relativité du

mouvement en considérant, par exemple, deux mouvements rectilignes uniformes de même

direction et de mêmes sens ou de sens contraires.

Instructions

Objectifs : il s’agit simplement d’une première approche de la notion de force à l’aide

d’exemples simples et varié,

• Montrer que les forces peuvent influer sur le mouvement des corps.

• Dégager les aspects statistique et dynamique de la force.

Commentaires

Les actions mécaniques sont les actions susceptibles de produire des effets sur le mouvement

ou la forme des corps. Elles sont subdivisées en fonction de la nature des phénomènes physiques

mis en jeu (actions de contact ou à distance, actions électriques ou de gravitations…)

Les actions escomptées ne sont d’ailleurs pas nécessairement produites (on peut pousser sans

effet apparent sur un mur), d’une part parce que l’action est contrebalancée par d’autres actions,

et, d’autre part parce que l’effet de déformation, qui en toute rigueur existe, est parfois

négligeable. La statique est l’étude des situations plus particulières où l’effet de mise en

mouvement est nul, et donc ne subsiste que l’effet sur la forme, lequel est négligé dans le cas

des solides réputés indéformables.

Sans soulever de difficultés à ce sujet, les actions mécaniques sont désignées sous le nom

général de forces. Cette première étude sera l’occasion de dégager la représentation vectorielle

des forces et d’aborder la question de leur localisation. Dans certains cas particuliers, la force

s’exerce sur une petite zone assimilée à un « point », qui, de ce fait, est appelé « point

d’application de la force ». dans ce cas, l’action mécanique localisée au point 𝐼 est représentée

par le « vecteur lié » (𝐼, ��).

Instruction

• Mémoriser la relation entre poids et masse : �� = 𝑚. ��

• Connaitre le caractère vectoriel des forces.

• On évitera tout développement se référant à la statique.

Programme

II. La force.

II.1. Action mécanique d’un système sur un autre.

Programme

II.2. Exemples d’actions mécaniques : forces de contact (frottement compris) poids d’un

corps.

Relation entre force appliquée et allongement d’un ressort.


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Commentaires

L’étude des différents exemples cités sera l’occasion de préciser l’approche faite en II.1.

À propos des actions de contact, on insistera, à l’aide d’exemples familiers, sur l’importance

des phénomènes de frottement, ne serait-ce que dans la vie courante. On indiquera, lorsque le

contact a lieu selon une surface, que les forces de contact sont reparties ; on précisera la notion

de contact ponctuel (ou quasi-ponctuel).

À propos des forces de pesanteur, on mentionnera, sans aucun développement, la gravitation

universelle. On indiquera qu’il s’agit de forces réparties en volume : si, par exemple on casse

un solide en deux, chaque morceau a un poids et peut tomber en chute libre.

L’étude de l’allongement d’un ressort sera l’occasion de mentionner la notion de « domaine

de linéarité », et on indiquera que pour des forces trop grandes, la réponse n’est plus linéaire.

L’analyse proprement statique de l’équilibre ne sera qu’évoquée à ce stade, et, pour

l’essentiel, on se bornera à constater une relation entre la force appliquée et l’allongement.

L’usage d’un dynamomètre étalonné permettra, en principe, la mesure d’une force quelconque

et, en particulier, de vérifier la proportionnalité du poids et de la masse : �� = 𝑚. ��

On indiquera, sans autre précision, que l’unité de force, le newton, est défini à partir de

considérations dynamiques.

Instructions

• On énoncera le principe des actions réciproques.

Commentaires

La notion d’interaction sera illustrée qualitativement à partir d’exemples variés : interaction de

contact (recul), interaction gravitationnelle (sans aucun détaille), …. On expliquera que si un

corps A exerce une action sur un corps B, il existe corrélativement une action exercée par B sur

A. il y a action réciproque ou interaction entre A et B obéissant au « principe des actions

réciproques ». si l’action de A sur B est représentée par la force ��𝐴→𝐵 (action), celle que B

exerce sur A (réaction) est ��𝐵→𝐴 = −��𝐴→𝐵.

Le principe est valable que A et B soient en mouvement ou au repos.

Programme

II.3. Interaction.

Programme

III. Centre d’inertie. Quantité de mouvement.

III.1. Mise en évidence expérimentale du centre d’inertie d’un corps solide.

Principe de l’inertie.


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Instructions

Objectifs : dégager le lien entre force et variation de quantité de mouvement.

Amener l’élève à ne plus commettre la faute consistant à croire qu’il faut une force pour

maintenir un mouvement rectiligne.

Commentaires

Ce qu’on appelle le « principe de l’inertie » surprend le débutant et lui parait en contradiction

avec les observations courantes. Un objectif essentiel du programme est d’amener l’élève à ne

plus commettre la faute consistant à croire qu’il faut une force pour maintenir constant le

vecteur vitesse. En utilisant une table à coussin d’air ou tout autre dispositif permettant l’étude

expérimentale d’un mouvement sans frottement dans un plan horizontal, on mettra en évidence

à la fois le principe de l’inertie et l’existence du centre d’inertie d’un solide.

Si le niveau de la classe le permet, sans que cela soit exigible des élèves, on montrera la

propriété barycentrique du centre d’inertie. On pourra alors prévoir la position du « centre de

masse » de divers solides de forme simple en le déterminant comme barycentre (les

considérations de symétrie éventuelles n’étant pas oubliées) et sur l’un des exemples étudiés,

vérifier expérimentalement le résultat obtenu.

Instructions

• Montrer l’intérêt de la quantité �� = 𝒎. �� qui permet de faire apparaitre la grandeur

conservatrice ��𝟏 + ��𝟐 , ��𝟏 et ��𝟐 étant colinéaires.

Commentaires

À partir de l’étude de l’éclatement d’un système initialement au repos, on sera amené à

introduire le vecteur quantité de mouvement �� = 𝒎. ��𝑮 . Sur un banc ou une table à coussin

d’air, l’étude de l’explosion d’un solide initialement au repos en deux autres solides sous

l’action d’un ressort comprimé qui se détend brusquement montrera que les vecteurs vitesses

��𝑮𝟏 et ��𝑮𝟐

acquis par les centres d’inerties satisfont à 𝒎𝟏��𝑮𝟏+ 𝒎𝟐 ��𝑮𝟐

= 0 ,

soit ��𝟏 + ��𝟐 = ��, cette dernière relation exprimant la conservation de la quantité de

mouvement totale �� = ��𝟏 + ��𝟐 du système. Sans procéder à une étude expérimentale détaillée,

on généralisera cette loi de conservation : ��𝟏 + ��𝟐 = 𝒑′𝟏 + 𝒑′

𝟐 , à un système isolé

quelconque. Les exercices se limiteront au seul cas de deux solides en mouvements colinéaires.

Programme

III.2. Étude de l’éclatement d’un système isolé de deux solides ; vecteur quantité de

mouvement d’un solide. Conservation de la quantité de mouvement d’un système isolé.

Programme

III.3. Exemples de variation de la quantité de mouvement d’un système.


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Instructions

• Mettre en évidence qu’il existe un lien entre l’action d’un système sur un autre et la

variation de quantité de mouvement de celui-ci, ce qui précise l’approche qualitative de

l’aspect dynamique de la force (toute étude quantitative étant exclue).

• On reliera au principe des actions réciproques les variations opposées de quantité de

mouvement de deux solides formant un système isolé.

Commentaires

Il s’agit de montrer qu’il existe un lien entre la variation ∆𝒑 de quantité de mouvement d’un

système et les actions qu’il subit. On rapprochera l’aspect transfert se traduisant par un échange

de quantité de mouvement entre deux solides A et B, soit ∆𝒑𝑨 = −∆𝒑𝑩

du principe des actions

réciproques, soit :��𝑨→𝑩 = −��𝑩→𝑨 . On mentionnera sans aucun calcul, le principe de la

propulsion par réaction.

On ne manquera pas de noter, toutefois, qu’un système peut être soumis à des actions

extérieures sans que sa quantité de mouvement varie. C’est le cas, par exemple, d’un palet posé

sur une table à cousin d’air ou d’un solide tournant autour d’un axe fixe si son centre d’inertie

est sur cet axe.

Il y a, dans ces cas, « compensation » des actions mécaniques quant à leur effet sur la variation

de la quantité de mouvement.

Instructions

Objectifs : faire acquérir aux élèves une méthode de résolution d’exercices simples de

statique : définition du système, inventaire des actions, application des conditions nécessaires

d’équilibre.

• La solution graphique des exercices doit être considérée comme suffisante.

• L’étude de l’équilibre du solide mobile autour d’un axe fixe doit être limitée à ce qui

peut être fait en une seule séance de travaux pratiques.

• On dégagera la notion de moment d’une force par rapport à un axe.

Commentaire

Les éléments de statique du solide qui figurent au programme se limitent à l’étude de

l’équilibre d’un solide dans les quelques cas simples énumérés.

Pour l’essentiel, il s’agit d’apprendre aux élèves à définir le système sur lequel on raisonne, de

les familiariser avec la représentation vectorielle des forces (bilan des forces).

Programme

IV. Équilibre d’un solide.

Exemples d’équilibre d’un solide dans les seuls cas suivants :

* Sous l’action de deux forces ;

* Sous l’action de trois forces non parallèles ;

* Sous l’action de deux forces appliquées, le solide étant susceptible de tourner autour

d’un axe fixe.


P a g e 14 | 23

Les notions de système matériel et de solide indéformable, qui ne doivent pas être

confondues, seront ainsi constamment utilisées. La solution d’un problème ou l’interprétation

d’une expérience devront toujours commencer par le choix et la délimitation précise du

système étudié et passeront par l’analyse des actions mécaniques qui s’exercent sur lui :

forces localisées ponctuellement ou réparties (actions de contact avec ou sans frottement).

Dans cette partie du programme, l’aspect « localisation des forces » intervient constamment :à

propos de la propriété des droites d’action d’être « confondues » ou « concourantes et

coplanaires » dans le cas de l’équilibre d’un solide sous l’effet de deux ou trois forces, à

propos de la notion de moment d’une force par rapport à un axe et de son utilisation dans

l’étude de l’équilibre d’un solide pouvant tourner autour d’un axe fixe. Ces notions et

propriétés seront envisagées dans les cas « simples » où les forces ont un point d’application

« visible » mais aussi dans le cas où les forces réparties sont des forces de pesanteur et /ou des

forces de contact. L’expérience montrera que dans le cas d’un solide, les forces de pesanteur

sont équivalentes à une force unique dont la ligne d’action passe par son centre de masse,

appelé pour cette raison, centre de gravité.

Dans le cas d’un solide susceptible de tourner autour d’un axe fixe, on se limitera au seul cas

de deux forces appliquées ne passant pas par l’axe de rotation (éventuellement, le poids

compris). La condition d’équilibre, établie expérimentalement, amènera à définir le moment

d’une force par rapport à un axe dans le cas simple d’une force orthogonale à l’axe.

Le professeur gardera à l’esprit la nécessité d’exprimer deux conditions nécessaires (mais non

suffisantes) à l’équilibre :

• La première de ces conditions se traduit par la nullité de la somme des vecteurs forces

∑�� = �� . On mettra en garde les élèves, à ce propos, de ne pas confondre, dans le cas

de deux forces, cette condition d’équilibre avec l’expression qu’on peut être amené à

utiliser par ailleurs, du principe des interactions réciproques.

• La seconde condition prend diverses formes équivalentes (compte tenu de la première

condition) selon le cas :

- Lignes d’actions confondues (2 forces) ou concourantes (3 forces),

- Nullité de la somme des moment par rapport à un axe ∑𝑴△ = 𝟎.

Si le niveau de la classe le permet, sans que ce soit exigible des élèves, on introduira la notion

de couple de forces et on donnera l’expression du moment. Revenant à l’aspect dynamique,

on fera alors remarquer qu’un couple produit des effets de rotation mais reste sans effet sur la

variation de la quantité de mouvement du solide sur lequel il est appliqué.

Ainsi, malgré son caractère restreint, ce programme de statique, outre qu’il doit permettre aux

élèves de se familiariser avec le concept de force, met en évidence le lien qui existe entre des

questions que l’on pourrait croire, à première vue, indépendantes.


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2. CHIMIE

Commentaire

Ainsi que le précise le programme, l’enseignement de la chimie en classe de seconde doit

s’appuyer sur les acquis du collège : on n’oubliera donc pas, notamment en début d’année

scolaire, de s’assurer des connaissances et des savoir-faire que possèdent les élèves.

Il est essentiel que les élèves acquièrent un savoir-faire expérimental, un savoir-regarder et

observer, un savoir-réfléchir propre à la chimie. Il est non moins important qu’ils mémorisent

un certain nombre de connaissances et de faits précis, ossature nécessaire à une progression

correcte. On veillera donc à réaliser (par le professeur, par les élèves) dès le début de l’année

scolaire, un certain nombre d’expériences qui permettront :

• d'apprendre à manipuler,

• d’apprendre à observer,

• d’acquérir des connaissances concrètes,

• de bien comprendre les règles d’écriture des équations-bilan,

• de se familiariser avec la terminologie.

On ne perdra pas de vue que la chimie est une science qui conduit à de nombreuse applications

pratiques et dont l’importance est fondamentale sur le plan économique. On veillera donc à

faire percevoir aux élèves le vaste domaine d’intervention de la chimie, à leur faire prendre

conscience de l’intérêt pratique des notions rencontrées dans ce programme. Ainsi, on ne

manquera pas les occasions de compléter les notions théoriques par leurs applications pratiques

dans le domaine très varié de la vie courante, dans le domaine biologique, dans le domaine

industriel. On pourra pour cela mettre à profit les manipulations des élèves, utiliser des

documents audiovisuels, éventuellement effectuer des visites d’usines.

Programme

Objectifs généraux :

1) Retenir les grandes lignes de la structure de la matière, en particulier celle des solutions

aqueuses ioniques.

2) Homogénéiser et compléter les acquis du premier cycle afin de mémoriser l’essentiel, à

savoir : aspect, nom et formule des 20 à 30 corps usuels ; quelques réactions les

concernant.

3) Équilibrer l’équation d’une réaction chimique en liaison avec la notion de mole.

4) Définir la réaction acido-basique.

5) Poursuivre l’acquisition des savoir-faire expérimentaux, en particulier familiariser les

élèves à différentes techniques de laboratoire.

Programme

I. La matière et ses transformations

I.1. L’élement chimique.

Exemples de réactions chimiques.


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Instructions

L’acquisition de la notion d’élément se fera en liaison avec les manipulations effectuées par

les élèves et la réalisation d’expériences de réactions chimiques. On l’interprétera au niveau

microscopique (atome, molécule, ion).

On reprendra un certain nombre d’exemples rencontrés dans le premier cycle, en les classant

éventuellement par réactant : dioxygène, carbone, soufre, fer, cuivre, etc. Le capital de

connaissance ainsi constitué, exploitable dès les premières semaines, sera progressivement

enrichi au cours de l’année aussi bien sur le plan théorique que sur le plan expérimental.

Commentaire

Il n’est pas question de traiter un ou plusieurs chapitres de généralités sur la réaction chimique :

l’objectif est d’interpréter, à l’aide du modèle atomique, les faits expérimentaux constatés à

l’occasion de la réalisation d’un certain nombre de réactions chimiques.

À cet effet :

• On présentera des exemples de réactions, aussi variés que possible et en nombre

suffisant. Les occasions ne manqueront pas de signaler leur rapidité plus ou moins

grande, l’emploi éventuel d’un catalyseur, l’influence de la lumière, l’effet thermique.

La classification par réactant peut être l’occasion d’attirer l’attention sur l’importance

industrielle de ceux-ci en tant que matières premières, sur leur obtention,

• On présentera les individualités chimiques suivantes : l’atome et ses constituants, la

molécule, les ions. Ceci doit permettre de s’assurer la maitrise suffisante de ces notions :

on pourra alors interpréter les faits expérimentaux (donc macroscopiques) à l’aide des

modèles microscopiques.

Instructions

Objectifs (classification périodique) : savoir utiliser la classification périodique dans les cas

simples.

Le professeur signalera d’abord les caractéristiques géométriques des molécules (distances

internucléaires, angles de liaison) et se bornera à expliquer les liaisons par la mise en commun

d’électrons.

Commentaires

La description de la structure électronique des atomes sur la notion simple de répartition des

électrons en « couches », la présentation de cette répartition étant menée de pair avec celle de

la classification périodique. Ce modèle en couches ne sera évidemment pas l’objet de

développement théoriques.

Programme

Atome : électron, noyau (protons et neutrons)

Classification périodique des éléments

Molécule et liaison covalente

Ions monoatomiques et polyatomiques


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Sans qu’il soit nécessaire de recourir à un modèle planétaire, on signalera l’existence de niveaux

d’énergie : dans cette classe, cela signifie que tous les électrons ne sont pas également liés au

noyau : l’énergie nécessaire pour arracher un électron d’une couche profonde est supérieure à

celle qui permet d’arracher un électron périphérique. Cela implique que ce sont les électrons

périphériques qui seront mis en jeu dans les réactions chimiques. On posera en principe que

celles-ci correspondent, pour chaque atome concerné à la saturation de la couche périphérique.

En ce qui concerne la classification périodique, on pourra utiliser le tableau à dix-huit colonnes

préconisé par l’U.I.C.P.A. L’examen de ce tableau peut être l’occasion de signaler la notion de

sous-couche, mais alors on n’insistera pas sur l’ordre de remplissage et on ne parlera pas de la

nomenclature des sous-couches. La notion de spin est hors programme.

Au cours de l’année, l’interprétation des faits chimiques permettra d’illustrer le principe que le

cortège électronique externe conditionne les différentes possibilités de liaison. À ce propos, il

est intéressant de comparer les formules de quelques composés hydrogénés formés à partir des

éléments d’une même ligne ou d’une même colonne de la classification périodique.

En ce qui concerne l’étude de la molécule et de la liaison covalente, on restera à un niveau très

élémentaire. Les élèves devront avoir rencontré les exemples suivants :

𝐻2, 𝐶𝑙2, 𝑂2, 𝐻𝐶𝑙, 𝐻2𝑂, 𝑁𝐻3, 𝐶𝐻4, 𝐶2𝐻4, 𝐶2𝐻6, 𝐶𝑂2. Tous ces exemples seront illustrés par la

présentation de modèles moléculaires compacts et éclatés.

Remarque : la notion d’isotopie sera limitée à la définition des isotopes illustrée par quelques

exemples ; on pourra signaler la stabilité ou l’instabilité des différents nucléides, leurs origines

naturelles ou artificielles, mais il n’est pas question que ceci fasse l’objet d’un quelconque

développement.

Instructions

Objectifs : raisonner en quantité de matière (en moles) ; savoir relier les quantités de matières

aux masses et, dans le cas des gaz, aux volumes.

On insistera essentiellement sur la signification d’une équation-bilan à l’échelle

macroscopique : elle exprime un bilan en quantité de matière. À l’échelle microscopique, le

mécanisme réel d’une réaction est généralement très différent de celui qui pourrait être suggéré

par l’équation-bilan.

Commentaires

On se gardera d’évoquer le mécanisme par lequel les espèces chimiques se transforment au

cours d’une réaction chimique : les mécanismes sont très souvent complexes et parfois même

inconnus. On insistera donc sur le fait que les équations-bilan ne traduisent pas des mécanismes

réels. À ce propos, signalons le danger de l’utilisation des modèles moléculaires que l’on

démonte pour « visualiser » une réaction chimique : on suggère ainsi un faux mécanisme.

Programme

I.2. Équation-bilan d’une réaction chimique.

Équation-bilan ; loi de Lavoisier.


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Compte tenu de l’interprétation macroscopique de l’équation-bilan, rien ne s’oppose à

l’utilisation de coefficients stœchiométriques fractionnaires.

Instructions

On signalera que le volume molaire dépend des conditions de température et de pression ; dans

les applications on prendra les valeurs numériques correspondant aux conditions rencontrées.

Commentaires

Une expérience de travaux pratiques peut être effectuée pour mesurer le volume molaire dans

les conditions du laboratoire.

La mole (symbole mol) est l’unité légale de quantité de matière : « la mole est la quantité de

matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans

12,00 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑚𝑒𝑠 de carbone 12. Lorsqu’on emploie la mole, les entités élémentaires doivent

être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d’autres

particules ou des groupements spécifiés de telles particules ».

La définition de la constante d’Avogadro résulte du texte précédent. Cette constante s’exprime

en mol. Le volume molaire, la masse atomique molaire, la moléculaire molaire seront mesurés

respectivement en 𝐿 (𝑜𝑢 𝑐𝑚3). 𝑚𝑜𝑙−1 et en 𝑔 (𝑜𝑢 𝑘𝑔). 𝑚𝑜𝑙−1.

L’énoncé des grandes lois de la chimie doit être mis à profit pour évoquer en classe un bref

aperçu sur l’histoire des sciences.

Instructions

Objectifs :

1. D’une part, comprendre que dans un corps pur ionique cristallisé les ions forment un

assemblage compact et ordonné par opposition à l’état liquide ou dissous de ce corps ;

d’autre part, comprendre la différence entre un ion dans un corps pur cristallisé et le

même ion solvaté en solution aqueuse

2. Connaitre l’existence de solution acides et basiques.

Commentaire

On n’oubliera pas l’aspect pratiques, industriels et économiques des produits chimiques

rencontrés.

Programme

Quantité de matière : mole ; constante d’Avogadro.

Loi d’Avogadro-Ampère ; Volume molaire

Programme

II. Les ions et les solutions aqueuses ioniques.


P a g e 19 | 23

Instructions

On ne manquera pas de faire la liaison avec le cours d’électricité : des expériences de

conduction avec migration d’ions auront montré que le passage du courant dans les solutions

est assuré par les ions.

Sur l’exemple du chlorure de sodium, on dégagera des notions plus générales ; on signalera

l’hydratation de tous les ions en solution aqueuse, sans pour autant surcharger leur écriture dans

les bilans réactionnels.

On signalera que la réaction qui a lieu à l’anode est appelée oxydation et que celle qui a lieu à

la cathode est appelée réduction (l’anode sera définie comme étant l’électrode d’entrée du

courant dans le voltmètre et la cathode l’électrode e sortie).

Dans le cas de la solution aqueuse, l’interprétation des réactions aux électrodes n’est pas

obligatoire.

Commentaires

On insistera sur l’effet thermique associé aux dissolutions. Cet effet est la traduction

macroscopique de réactions dont le bilan peut être exothermique (hydroxyde de sodium),

endothermique (thiosulfate de sodium), athermique (chlorure de sodium). On soulignera les

différences essentielles qui existent pour un ion d’une part dans le cristal, d’autre part dans la

solution aqueuse : dans le cristal, l’ion (anion ou cation) est très proche des autres ions et retenu

par des interactions électrostatiques. À cet égard, on présentera le modèle cristallin du chlorure

de sodium et on limitera les exigences à sa reconnaissance ; tout autre modèle est hors

programme. Le rôle du solvant est parfois mis en évidence par la couleur ; le cas du cuivre est

particulièrement significatif puisque la couleur de la solution aqueuse du sulfate de cuivre II

n’est pas la même que celle du sulfate du cuivre II anhydre.

L’électrolyse de chlorure de sodium fondu, même si elle n’est pas réalisée en classe, sera

l’occasion d’écrire simplement le bilan électronique à chaque électrode.

L’électrolyse de la solution aqueuse sera effectuée et on identifiera les produits obtenus : dans

une classe de seconde de détermination, les objectifs de connaissance sont modestes et il n’est

pas question d’exiger l’écriture des bilans électroniques aux électrodes ; il suffit de comprendre

que des transferts d’électrons se produisent aux électrodes ce qui permet d’assurer une

circulation du courant dans le circuit d’électrolyse.

Sans entrer dans les détails technologiques, on ne manquera pas de signaler l’importance

industrielle de cette électrolyse (ce peut être l’occasion de signaler en classe la composition

chimique de l’eau de javel).

Programme

II.1. Le chlorure de sodium :

Les ions dans un corps pur et dans sa solution aqueuse ; rôle du solvant.

Électrolyse du chlorure de sodium fondu et de sa solution aqueuse.


P a g e 20 | 23

Le chlorure de sodium est un produit intéressant à double titre : sa structure particulièrement

simple en fait l’exemple idéal pour une première étude des composés ioniques ; c’est un produit

courant connu de tous les élèves et dont l’importance économique est très grande. On ne

manquera pas de signaler que c’est un produit de première nécessité exploité depuis les temps

les plus reculés ; ses utilisations se sont considérablement développées à tel point qu’il occupe

aujourd’hui, en tonnage, la sixième place de tous les minéraux (en volume, la deuxième place

après le fer) si l’on excepte les produits énergétiques. Une expérience réalisée par les élève

pourra faire comprendre le choix du sel pour le déneigement des routes (on pourra aussi en

signaler les conséquences relatives à la corrosion des carrosseries d’automobiles).

Instructions

Objectifs :

1. Dans les seuls cas des acides forts et des bases fortes, comprendre pourquoi une solution

acide a un pH inférieur à 7 et une solution basique un pH supérieur à 7.

2. Connaitre quelques propriétés de ces solutions.

3. Connaitre la définition du pH et sa mesure.

Commentaires

On ne manquera pas de signaler les aspects pratiques, industriels et économiques.

Instructions

Bien que la théorie de Brönsted (dont l’exposé n’est pas à faire) impose l’écriture 𝐻3𝑂+,

d’autres écritures peuvent être utilisées : 𝐻+, 𝐻𝑎𝑞+ , 𝐻3𝑂𝑎𝑞

+ par exemple.

On réalisera les réactions entre la solution d’acide chlorhydrique et le fer, entre la solution

d’acide chlorhydrique et le zinc. Ces réactions, déjà réalisé au collège, sont un premier exemple

de réactions d’oxydoréduction en solution aqueuse, réaction qui seront étudiées dans les classes

suivantes.

Remarque : le corps pur de formule 𝐻𝐶𝑙 est appelé chlorure d’hydrogène dans la nomenclature

systématique (règle de l’U.I.C.P.A.) ; la nomenclature usuelle lui donne le nom d’acide

chlorhydrique (par extension, ce nom est généralement donné, aussi, à sa solution aqueuse).

Ces questions de nomenclature n’ont pas à être justifiées aux élèves.

Commentaires

Cette étude sera l’occasion de présenter (et de rappeler) quelques propriétés caractéristiques de

l’acide chlorhydrique et de l’ion 𝐻3𝑂+. Signalons à ce propos que l’acide chlorhydrique donne

avec l’eau de javel un dégagement de chlore qui peut être dangereux si l’on a opéré sans

Programme

II.2. Solutions acides, solutions basiques

Programme

La solution d’acide chloryhydrique ; l’ion 𝑯𝟑𝑶+ ; définition et mesure du pH.


P a g e 21 | 23

précaution particulière (« neutraliser » avec une base toute solution dans laquelle on ajoute de

l’eau de javel, opérer sous hotte, …).

Pour les solutions relativement diluées (les seules à utiliser pour les expériences quantitatives

sur le pH), le pH la relation [𝐻3𝑂+] = 10−𝑝𝐻 ; dans cette relation, [𝐻3𝑂+] représente la valeur

numérique de la concentration molaire volumique exprimée en mole par litre (𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1).

Expérimentalement, le pH est déterminé par un papier indicateur de pH ou un pH-mètre dont

on ne cherchera pas à élucider le principe de fonctionnement (on peut cependant faire remarquer

que l’indication du pH-mètre est celle d’un voltmètre).

Dans le cas de la solution d’acide chlorhydrique, on pourra vérifier que, pour les solutions de

concentrations respectives 10−2, 10−3 et peut-être 10−4 mole par litre (car, au-delà la moindre

impureté modifie le pH) les pH sont 2, 3 et 4 ; mais l’usage des calculatrices électroniques

permet de ne pas se limiter aux valeurs entières du pH (sans qu’il soit nécessaire de parler d’une

fonction logarithme). On remarquera que le pH croit lorsque la dilution augmente, mais cette

croissance reste limitée, le pH ne dépasse jamais celui de l’eau utilisée pour les dilutions qui

constitue donc une valeur limite. Dans le cas d’une eau pure et à 25°𝐶, on admettre que 𝑝𝐻 =

7, donc que :[𝐻3𝑂+] = 10−7𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1. Ceci est interprété par la réaction limitée qu’on

appellera, dans les classes suivantes, autoprotolyse de l’eau :

𝑯𝟐𝑶 + 𝑯𝟐𝑶 → 𝑯𝟑𝑶+ + 𝑶𝑯−

Remarque : pour la solution à 0,1mol. L−1, l’indication du pH-mètre est supérieure à 1. Cela

permettra éventuellement d’attirer l’attention sur le caractère limite de certaines lois qui cessent

d’être valables lorsque la matière est suffisamment condensée pour que des interactions se

manifestent entre les constituants dispersés. Quant aux solutions très diluées, voire à l’eau

distillée, le pH peut être différent de la valeur théorique 7 ; la cause de l’écart est autre : c’est

la présence d’impuretés.

Instructions

On mesurera le pH de quelques solutions d’intérêt chimique ou biologique, mais ces valeurs ne

sont pas à connaitre : solutions d’acides ou de bases usuels au laboratoire de chimie, liquides

usuels dans la vie courante (boissons…) et liquides biologiques ; en liaison avec l’enseignement

de la biologie, on pourra mesurer le pH d’un sol.

Commentaires

Cette étude sera l’occasion de présenter quelques propriétés de l’hydroxyde de sodium et de

l’ion 𝑂𝐻− ; aspect du solide, mise en solution, électrolyse de la solution, précipitation

d’hydroxydes.

Pour des solutions d’hydroxyde de sodium, le pH-mètre indique des valeurs élevées, de l’ordre

de 12 ou plus ; on en déduira que ces solutions renferment des ions 𝐻3𝑂+en très faible

concentration, de l’ordre de 10−12𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 ou moins. Ces concentrations sont beaucoup plus

Programme

La solution d’hydroxyde de sodium ; pH de différentes solutions.


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faibles que celle des ions 𝐻3𝑂+ dans l’eau pure. Il faut en déduire que les ions 𝐻3𝑂+ de l’eau

ont presqu’entièrement disparu, donc que ceux-ci ont réagi avec l’hydroxyde de sodium.

On admettra la validité des indications du pH-mètre ou du papier indicateur pour toute solution

aqueuse. On définira les solutions acides comme celles où la concentration en ions 𝐻3𝑂+ est

supérieure à 10−7𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1 et les solutions basiques comme celles où la concentration en ions

𝐻3𝑂+ est inférieure à 10−7𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1.

Insistons sur le fait que tout exposé de la théorie de Brönsted est strictement hors programme à

ce niveau.

Commentaires

L’action de la solution d’acide chlorhydrique sur la solution d’hydroxyde de sodium met en jeu

la réaction :

𝑯𝟑𝑶+ + 𝑶𝑯− → 𝟐𝑯𝟐𝑶

dont on n’oubliera pas de mettre en évidence l’effet thermique. On soulignera que cette réaction

est pratiquement totale dans ce sens, et qu’elle est l’opposé de celle, extrêmement limitée, qui

a été écrite plus haut. On pourra, dès lors, écrire :

𝑯𝟐𝑶 + 𝑯𝟐𝑶 ⇆ 𝑯𝟑𝑶+ + 𝑶𝑯−

Un dosage solution d’acide chlorhydrique – solution d’hydroxyde de sodium pourra être

réalisé ; mais, dans ce cas, on n’introduira pas la notion de normalité.

Instructions

Objectifs : mémoriser les test d’identification des ions rencontrés depuis le début du cours de

chimie.

Commentaires

On procédera aux test d’identification tels que : couleur, précipitation, redissolution de

précipité, dégagement gazeux.

On caractérisera les ions suivants :

𝑪𝒍−, 𝑺𝑶𝟒𝟐− , 𝑵𝑶𝟑

− , 𝑺𝟐− , 𝑪𝑶𝟑𝟐− , 𝑨𝒈+ , 𝑩𝒂𝟐+ , 𝑭𝒆𝟐+ , 𝑪𝒖𝟐+ , 𝒁𝒏𝟐+ , 𝑨𝒍𝟑+ , 𝑷𝒃𝟐+

On insistera sur le fait qu’une solution ionique donnée contient toujours, à la fois des ions

chargés positivement et des ions chargés négativement, de telle sorte que cette solution soit

électriquement neutre.

Lorsqu’on le pourra, on caractérisera donc les deux sortes d’ions contenus dans la même

solution.

Programme

Réaction entre la solution d’acide chlorhydrique et la solution d’hydroxyde de sodium.

Programme

II.3. Test d’identification des ions.


P a g e 23 | 23

ANNEXES

ANNEXE 1 : LES UNITÉS

• Les unités et leurs symboles seront ceux du système international (S.I.) complétés par

quelques unités hors système dont l’emploi est autorisé.

• Les multiples et les sous multiples des unités légales sont utilisables au même titre

que les unités elle-même.

• Lorsqu’on utilise une unité hors système autorisé, la relation avec l’unité S.I.

correspondante devra être indiquée.

ANNEXE 2 : ÉCRITURE ET NOMENCLATURE EN CHIMIE

L’union internationale de chimie pure et appliqué (U.I.C.P.A.) définit des règles de

nomenclature ayant un caractère international (référence : Bulletin de la société chimique de

France ; numéro spécial de février 1975). Il faut être en accord avec ces règles : lorsqu’un

composé a une dénomination usuelle (soude, ozone…) celle-ci devra être accompagnée du

nom scientifique correct (hydroxyde de sodium, trioxygène…) mais les deux dénominations

doivent être connues des élèves. Les règles de nomenclature systématique permettent d’éviter

toute confusion entre les corps purs simples et les éléments ; ainsi, les corps purs de formule

𝐻2 , 𝑂2 , 𝑃4 , 𝑆8 sont appelés respectivement dihydrogène, dioxygène, tétraphosphore,

cyclooctasoufre, les noms hydrogène, oxygène, phosphore et soufre étant réservée aux

éléments correspondant : il importe de se conformer à cette règle chaque fois qu’il y a risque

de confusion entre un corps pur simple et l’élément correspondant, notamment en début

d’année scolaire.

En ce qui concerne l’écriture des formules des espèces chimiques, on se conformera aux

règles suivantes :

a) Corps simples à l’état solide : dans un souci de simplification, la formule sera le

symbole de l’élément ; ainsi, le soufre, le carbone, le fer (et plus généralement tous

les métaux) seront représentés par les formules respectives 𝑆 , 𝐶 , 𝐹𝑒 .

b) Composées à l’état solide : la formule ne doit pas prétendre représenter la nature de

la liaison (par exemple, lorsqu’un composé est dit « ionique », très souvent la liaison

n’est pas parfaitement ionique). On indiquera donc une formule de composition telle

que : 𝑁𝑎𝐶𝑙 , 𝐶𝑢𝑂, 𝐹𝑒𝑆.

c) Composés ioniques dissous ou fondus : le liquide est caractérisé par une distribution

désordonnée des ions, on écrira donc les différents ions comme des individus

chimiques distincts et mélanges. Exemple : une solution aqueuse de chlorure de

sodium ou chlorure de sodium fondu sera représentée par la formule 𝑁𝑎+ + 𝐶𝑙−. Une

écriture du type 𝑁𝑎+𝐶𝑙− ne doit pas être utilisée.

d) Les ions en solution : puisqu’un ion en solution aqueuse est toujours hydraté, on peut

signaler le phénomène dans l’écriture ou dans un souci de simplification, ne pas le

signaler, par exemple, on pourra écrire 𝑁𝑎𝑎𝑞+ ou simplement 𝑁𝑎+. On pourra

mentionner l’existence de véritables composés définis, tel 𝐶𝑢(𝐻2𝑂)42+ (lui-même

hydraté) mais, dans les bilans, on se contentera de l’écriture simplifiée 𝐶𝑢2+ ; il en va

de même pour l’ion hydronium que l’on pourra écrire 𝐻3𝑂+ , 𝐻𝑎𝑞+ 𝑜𝑢 𝐻+.

e) Dans l’écriture d’une équation-bilan, on ne fera pas apparaitre des groupements fictifs

d’ions par usage injustifié de parenthèse.

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