Extrait CRSD CL 2 PCH Cours [PDF]

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rédigé par des professeurs de l’Éducation Nationale

*Jeu gratuit sans obligation d’achat. Réglement et conditions de participation sur www.cours-legendre.fr

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Madame Laurent,

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Ce cours a été rédigé par :

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professeur de physique-chimie

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COURS DE RÉVISION Le cours de révision est composé de quatre dossiers.

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1. Un bilan-test de début de cours qui permet de repérer les éventuelles difficultés et de mieux orienter ses révisions. Il ne faut pas l’adresser à la correction car vous trouverez les corrigés juste après.

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2. Le cours. 4 séries de travail avec des leçons et des exercices d’application. Ceux-ci sont autocorrectifs et servent d’entraînement aux devoirs. Il ne faut pas les adresser à la correction.

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3. Corrigé des exercices. Ce sont les corrigés des exercices du cours.

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4. Devoirs à adresser à la correction. 4 devoirs à réaliser après l’étude de chaque série + 2 devoirs facultatifs (devoir rattrapage et devoir bilan).

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COMMENT ÉTUDIER SON COURS ?

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Étudiez une série de travail par semaine en faisant tous les exercices d’application, en vérifiant leur exactitude avant de commencer le devoir correspondant. Pour chaque série, un devoir vous est proposé. Exemples : Après l’étude de la première série de travail, faites votre devoir 1. Après l’étude de la deuxième série de travail, faites votre devoir 2… Après avoir rédigé les 4 devoirs, nous vous proposons deux devoirs facultatifs : un devoir de rattrapage et un devoir bilan, avec des exercices récapitulatifs sur toutes les séries.

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La durée d’étude de ce cours de révision est de quatre à six semaines selon les capacités de l’élève.

CONSEILS COURS DE RATTRAPAGE

Travaillez régulièrement chaque jour. Envoyez chaque devoir dès qu’il est terminé pour bénéficier ainsi des conseils des correcteurs. N’attendez pas le retour du devoir corrigé pour continuer à travailler. Bon Travail !

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BILAN TEST

Réponses :

1. La structure de Lewis de l’eau est :

 a) H – O – H  b) H – H - O

2. La formule brute du glucose est C6H12O6. Quelle est sa masse molaire sachant que MC = 12 g . mol-1, MH = 1 g . mol-1 et MO = 16 g . mol-1.

 a) 180 g . mol-1  b) 194 g . mol-1  c) 178 g . mol-1

3. Une molécule est électriquement :

 a) positive  b) négative  c) neutre

4. Lorsqu’un corps passé d’un état solide à un état liquide il y a :

 a) fusion  b) sublimation  c) solidification

in

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Questions :

te

Les questions suivantes ont pour but de vous permettre d'évaluer vos connaissances avant de commencer le cours.

 a) opposé à �𝑭𝑭⃗ �⃗  b) non opposé à 𝑭𝑭  c) Cette phrase est fausse.

tio n

5. Si un corps A exerce sur un corps B une force �⃗, le corps B exerce sur A une force 𝑭𝑭 �⃗: 𝑭𝑭

od uc

6. Le noyau d'un atome est constitué :

 a) de protons + neutrons  b) d’électrons  c) de protons essentiellement

7. La formule CH4 est la molécule du méthane.

 a) Vrai  b) Faux

8. Le principe d'inertie implique qu'un objet en mouvement rectiligne uniforme est soumis à un ensemble de forces dont la somme est nulle.

 a) Vrai  b) Faux  a) Vrai  b) Faux

10. La composition de l'air est de :

 a) 90% d’azote  b) 21% de dioxygène  c) Ne comporte pas d’azote.

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9. La pression atmosphérique est de 760 MMHg.

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5  a) 162 MMHg  b) 592,8 MMHg  c) 124 MMHg

12. Le pH du sang humain compris entre 7,36 et 7,42 est :

 a) acide  b) basique  c) proche du neutre

13. On appelle puissance d'un moteur le travail qu'il faudrait fournir par unité de temps :

 a) Vrai  b) Faux

14. L'appareil qui mesure une intensité se nomme un :

 a) voltmètre  b) cardiomètre  c) ampèremètre

16. Le monoxyde de carbone est un poison violent :

 a) Vrai  b) Faux

in  a) CO2  b) CO  c) CO4

tio n

17. La formule du dioxyde de carbone est :

di

 a) bombée  b) creuse  c) plate

te r

15. La face d'une lentille est convexe lorsqu'elle est :

te

11. Si la pression atmosphérique de l'air est de 760 MMHg, quelle est la pression de l'azote ?

18. La liaison covalente est le partage :

od uc

19. L'effet de serre est une forte élévation de la température lorsqu'un excès de CO2 dans l'air retient l'énergie solaire à l'intérieur de l'atmosphère :

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20. Le becquerel est une unité de :

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 a) d’électrons  b) entre deux atomes  c) n’est pas un partage  a) Vrai  b) Faux

 a) la radioactivité  b) d’une force  c) d’un poids

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BILAN TEST - CORRIGÉ RÉPONSES

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a

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3

c

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QUESTIONS

20 bonnes réponses : Bravo ! Entre 15 et 19 bonnes réponses : Vous avez de bonnes connaissances qui ne demandent qu'à être approfondies. Entre 10 et 14 bonnes réponses : Trop de trous de mémoire ! Ce livre est fait pour vous ! Entre 6 et 9 bonnes réponses : L'été sera studieux et ce livre un précieux compagnon ! Entre 0 et 5 bonnes réponses : Au boulot ! Et rassurez-vous, vous allez vite progresser ! BONNES RÉVISIONS ET BON COURAGE !

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SOMMAIRE 2NDE SCIENCES PHYSIQUES

leçon

3ème leçon 4

ème

leçon

Outils diagnostique médical

Ondes électromagnétiques au service de la médecine De l’atome à l’élément chimique Les molécules

leçon

3ème leçon 4

ème

leçon

Extraction Hydrodistillation

Synthèse et réactions chimiques

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2

ème

La relativité du mouvement

SÉRIE 3

2

ème

leçon

Les forces

3

ème

leçon

Le principe d’inertie

4

ème

leçon

Propriété des gaz, la pression

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SÉRIE 4

Notion de vitesse et étude du mouvement

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1ère leçon

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SÉRIE 2 1ère leçon

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2

ème

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1ère leçon

te

SÉRIE 1

1ère leçon

Quantité de matière, la mole

2ème leçon

Concentration d’une solution

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ème

leçon

4ème leçon 5

ème

leçon

De l’infiniment petit à l’infiniment grand Réfraction de la lumière Spectres

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Vérifie tes connaissances !

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Notre collection mon année DEVOIRS AVEC CORRECTION te propose 6 devoirs* en phase avec ton cahier de révision.

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Ces devoirs, à nous renvoyer pour être corrigés par nos professeurs de l’Education Nationale, sont un complément essentiel pour t’assurer de la bonne compréhension du cours.

Disponibles dans toutes nos matières, ils sont à commander sur notre site www.cours-legendre.fr sur notre boutique en ligne, rubrique « Devoirs avec correction ».

*4 pour les cahiers de CM2 Anglais et CM2 Allemand

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1ère Série

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1ère Série 2nde

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PREMI ÈR E LEÇON

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Sciences physiques

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Outils de diagnostique médical

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DEUXIÈ ME LEÇON Ondes électromagnétique au service de la médecine

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TROI SIÈM E LEÇON

De l’atome à l’élément chimique

QUAT RIÈM E LEÇON

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Les molécules

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1ère leçon

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PREMIÈRE LEÇON Outils du diagnostique médical L’application de la physique a fourni aux médecins des outils tels que l’électrocardiogramme, l’imagerie médicale… Nous étudierons les principes physiques qui ont permis d’élaborer ces outils du

te

diagnostic médical.

signaux périodiques émis respectivement par le cerveau et par le cœur.

te r

I - Signal périodique

di

L’électroencéphalogramme et l’électrocardiogramme sont les tracés obtenus par enregistrement des

in

1. Période

Un phénomène périodique se reproduit identique à lui-même, à intervalle de temps égaux. T s’exprime en seconde (s)

tio n

La période, notée T, est la durée de l’intervalle de temps au bout duquel le phénomène se répète.

Ex : Toutes les 24 h, une nouvelle journée commence.

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Dans cet exemple, le phénomène périodique est la journée. La période est 24 heures.

On ne peut conclure de la périodicité d’un signal que sur la durée de l’enregistrement. Un signal est périodique si son enregistrement présente la répétition régulière d’un même motif. La période

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correspond à la durée du motif.

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1ère leçon

1ère Série

13

2. Fréquence La fréquence correspond au nombre de phénomènes périodiques pendant 1 seconde. (T est donc en seconde). Elle se note f, s’exprime en Hz et se calcule en cherchant l’inverse de la période.

f=

1 T

Par conséquent T =

te

3. Tension maximale :

1 f

di

Tension maximale Umax est la valeur la plus élevée du signal périodique. Son unité est le volt (V)

te r

L’amplitude « crête à crête » d’un signal électrique est l’écart entre la valeur maximale de la tension et sa valeur minimale. Elle s’exprime en volt (V), millivolt (mV) ou microvolt (µV).

tio n

4. Cas de l’oscilloscope

in

Pour mémoire : 1 mV = 10-3 V et 1 µV = 10-6 V

L’oscilloscope permet de visualiser une tension variable au cours du temps. L’axe horizontale correspond à l’axe des temps, t en s ou ms.

od uc

L’axe vertical correspond à l’axe des tensions, U.

Les réglages des sensibilités verticale Sv (en V/div) et horizontale Sh (en ms/div) permettent de mesurer la tension maximale Umax et la période T de la tension. La tension minimale Umin est la valeur la plus petite d’une tension périodique.

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La sensibilité horizontale peut aussi être appelée base de temps ou durée de balayage. Ex : sur l’oscillogramme ci-dessous : SH = 2ms/div

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SV = 0,5 V/div

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1ère leçon

1ère Série

14

La période occupe 7,6 divisions (Nx) Donc T = 7,6 × SH= 7,6 × 2= 15,2 ms =0,0152 s = 15,2.10-3s Le sommet de la courbe a monté de 3 divisions (Ny) Donc Um= 3 × 0,5 V/div.= 3 × 0,5= 1,5 V Calcul de la fréquence :

te

1 1 = = 65,8Hz T 0,0152

di

f=

od uc

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5.- Utiliser un oscilloscope

Vérifications initiales

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a) Appuyez sur « on » sur le bouton « POWER » (1). b) Aucun bouton gris n’est enfoncé. c) Les boutons orange sont en butée vers la gauche. Réglage de la luminosité du faisceau

R

a) Réglez la luminosité du faisceau avec le bouton « INTENS.» (2). b) Focalisez le faisceau lumineux pour que son diamètre soit minimum avec le bouton « FOCUS » (3). Réglage de la voie 1 (VOLTS / DIV)

a) Placez le sélecteur DC/AC/GD sur la position GD pour « ground » (absence de signal) (4). b) À l’aide du sélecteur « Y – POS. I » (5), réglez verticalement la position du faisceau sur l’axe horizontal placé au centre.

Réglage de la base de temps (TIME / DIV) a) Placez le sélecteur « TRIG » (6) en AC.

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1ère leçon

1ère Série

15

b) À l’aide du sélecteur « X – POS. I » (7), réglez horizontalement la position du faisceau sur l’axe vertical en butée à gauche.

5. Branchement générateur basses fréquences

Fréquence GBF

di

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Un câble coaxial part de l’oscilloscope et se partage en 2 câbles à brancher au GBF aux endroits indiqués par les flèches. Sur le GBF, les boutons enfoncés sont 1 kHz, 1, amplitude du bouton « SORTIE » à mi-course.

te r

Réglage des calibres (VOLTS / DIV et TIME / DIV)

R

ep r

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a) Placez le sélecteur (4) sur la position AC. b) Tournez le sélecteur VOLTS/DIV (8) de telle façon que la courbe soit bien équilibrée (assez haute vers le haut et le bas). c) Réalisez la lecture de la sensibilité en V ou mV par division grâce au curseur blanc du bouton. d) Tournez le sélecteur TIME/DIV (9) de telle façon que la courbe ne soit ni trop serrée, ni trop étalée (3 à 4 motifs sur l’écran). e) Réalisez la lecture de la sensibilité en s, ms ou μs par division grâce au curseur blanc du bouton.

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1ère Série

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II - ECG : Électrocardiogramme et électroencéphalogramme

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L’étude des signaux périodiques peut permettre l’établissement d’un diagnostique médical :

Un électrocardiogramme enregistre la stimulation électrique que le cœur reçoit pour pouvoir se

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contracter. Chaque « grand pic » correspond à un battement de cœur. La courbe au niveau de P indique les contractions des oreillettes du cœur. L’onde associée à QRS indique celles des ventricules. C’est au cours de la contraction des ventricules (systole) que le sang est expulsé vers le système

ep r

artériel. « L’onde » T indique le moment où les ventricules reviennent au repos (diastole) et se remplissent de sang.

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L’étude des signaux électriques du cœur permet de déceler des troubles du rythme cardiaque : une accélération (tachycardie), un ralentissement (bradycardie), une désorganisation du rythme cardiaque (fibrillation). L’électroencéphalographie enregistre les signaux électriques du cerveau et permet de localiser des zones du cerveau à l’origine de certains dysfonctionnement du système nerveux, come l’épilepsie.

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1ère leçon

1ère Série

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Exercice 1 1. Calculer la période, en secondes, de la rotation de la Terre sur elle même.

te

2. Calculer la fréquence correspondante

di

Exercice 2

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1. Déterminer la fréquence d’oscillation d’un cristal de quartz sachant qu’il oscille 18 458 fois par seconde.

tio n

in

2. Une balançoire réalise un cycle d’oscillation en 2s, calculer sa fréquence.

ep r

Exercice 3

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3. Un moteur tourne à 3 000 tours par minute, quelle est sa fréquence ?

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Déterminer la période, la fréquence et la valeur maximale de la tension visualisée sur l’oscillogramme. Sensibilité verticale Sv= 1 V/div Sensibilité horizontale Sh= 2 ms/div

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1ère leçon

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III – Les ondes sonores et ultrasonores Une onde est une perturbation qui se déplace, sans transport de matière. Exemple : on agite l’extrémité d’une corde. Chaque point de la corde va, l’un après l’autre, monter et descendre : la déformation de la corde s’est déplacée d’une extrémité à l’autre. Si on entretient l’agitation de la corde (on continue d’agiter l’extrémité), la fréquence serait le nombre de « montée descente » d’un point de la corde, en 1s (puisque chaque point va osciller : monter et

te

descendre au cours du temps).

di

Il en va de même pour le son qui se propage en onde sonore.

te r

1. Nature de l’onde sonore Une onde sonore est produite par un objet (la source) qui vibre.

in

Ex : diapason, corde d’une guitare, peau d’un tambour…

La source transmet ses vibrations au milieu matériel dans lequel elle se trouve (par exemple : l’air) ; Lorsqu’un son traverse l’air, on peut observer des zones où la pression de l’air est plus importante que

tio n

lorsqu’il n’y a pas de son ; dans ces zones, l’air est plus comprimé. On observe aussi des zones où l’air est plus dilaté : zones de dépression. Ces perturbations de la pression de l’air se déplacent : c’est

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l’onde sonore.

On peut schématiser une onde sonore de la manière suivante : les points noirs représentent les grains d’air. On remarque les compressions et les dilatations.

mécanique se propageant dans les gaz, les liquides et les solides.

R

ep r

Une onde sonore (c’est-à-dire un son) est une onde

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1ère leçon

1ère Série

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2. Fréquence L’oreille humaine est sensible aux ondes sonores entre 20 Hz et 20 kHz. Au delà de 20 kHz, ce sont

di

te

des ondes ultrasonores, inaudibles par l’homme. En dessous de 20 Hz on parle d’ondes infrasonores.

te r

3. Vitesse de propagation

Les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide. Elles se propagent en ligne droite dans tout

in

milieu matériel (air, eau, solide…)

tio n

La vitesse dépend du milieu dans lequel l’onde se propage.

À savoir : La vitesse du son dans l’air est de 340 m.s-1. Cette vitesse est nettement supérieure dans

od uc

les liquides et les solides.

4. Réflexion des ultrasons

Les ultrasons sont rapidement atténués dans l’air alors qu’ils le sont beaucoup moins dans les

ep r

liquides : le corps humain étant constitué d’eau à 70 %, ils sont utilisés pour réaliser des échographies.

Sur les obstacles ou à chaque changement de milieu, les ultrasons se réfléchissent. Ce phénomène de

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réflexion est utilisé pour réaliser l’échographie. Un émetteur d’ultra-sons joue également le rôle de récepteur.

Ex : Les ultrasons sont réfléchis par un écran (de la même façon que lorsqu’on crie en montagne et que l’on entend l’écho). L’onde ultrasonore a donc parcouru un aller et un retour donc une distance égale à 2d.

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1ère leçon

1ère Série

20 écran

Emetteur/ Recepteur

Or la vitesse v est celle du son dans l’air (340 m.s-1) et v =

te

d

t

di

ℓ = 2d et t = durée pour effectuer un aller retour.

De même, on peut déduire la distance d à laquelle se trouve un obstacle réfléchissant, il suffit de

2

in

Or ℓ =2d donc d=

te r

mesurer le temps mis par l’onde pour effectuer le chemin aller-retour, et de calculer ℓ = v × t

tio n

V - L’échographie médicale

Une sonde échographique est à la fois émettrice et réceptrice d’ultrasons. Lorsqu’ils se propagent dans le corps, les ultrasons sont plus ou moins réfléchis par les parois séparant 2 milieux différents. Si la vitesse de propagation ν est connue, la mesure de la durée ∆t du parcours aller-retour entre

od uc

l’émetteur-récepteur permet d’en déduire la distance d. Les fréquences utilisées varient de 2 MHz à 15 MHz.

u.s

ep r muscle

u.s. réfléchis

R

os

u.s. ayant traversé

u.s : ultra-sons

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1ère leçon

1ère Série

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La distance parcourue par l’onde pendant ∆t est de 2d donc la vitesse ν s’exprime :

d=

2d distance parcourue = ∆t durée du parcours v∆t (v en m.s -1 ; ∆t en s ; d en m) 2

te

V=

Remarque : Afin de mieux transmettre les ultrasons dans le corps, un gel est placé entre la sonde et

te r

di

la peau du patient.

Exercice 4

périodiques de fréquence égale à 30,5 kHz.

tio n

1. Quelle est la vitesse de ces ondes dans l’air.

in

Pour localiser les obstacles et les proies, une chauve souris émet de brefs signaux ultrasonores

od uc

2. Un insecte est à 3,4 m, quelle durée sépare l’émission de l’onde et sa réception par la chauve souris

ep r

après réflexion sur l’insecte ?

Exercice 5

Un émetteur produit brièvement une onde ultrasonore périodique de fréquence 60 kHz. L’onde est

R

reçue par 2 récepteurs distant de 2,00 m et alignés avec l’émetteur. Le signal reçu par le récepteur le plus éloigné présente un retard ∆t = 1,28 ms par rapport à l’autre récepteur.

L’ensemble est immergé dans l’eau d’une piscine. 1. L’onde est elle audible dans l’eau par l’oreille humaine ?

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1ère leçon

1ère Série

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2. Calculer la vitesse de l’onde ultrasonore dans l’eau.

R

ep r

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in

te r

di

te

3. Est-elle différente de sa vitesse dans l’air ?

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2ème leçon

1ère Série

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DEUXIÈME LEÇON Physique : ondes électromagnétiques au service de la médecine Les ondes électromagnétiques sont utilisées dans les examens médicaux comme la radiographie et la fibroscopie.

ite

I - Les ondes électromagnétiques La lumière est une onde électromagnétique visible. Mais il existe d’autres catégories d’ondes

er d

électromagnétiques, comme les rayons X, les ondes radio et les rayons gamma, caractérisées par leur domaine de longueur d’onde

ep r

od u

ct

io n

in t

1. Fréquence

La première radiographie a été réalisée par le physicien allemand Wilhem Röntgen en 1895 lorsqu’il

R

découvrit les rayons X (dont la longueur d’ondes dans le vide est comprise entre 10-12 m et 10-9 m).

En 1973, le chimiste américain, Paul Lauterbur, obtint le premier cliché d’imagerie par résonance magnétique (IRM) en utilisant des ondes radio. Les rayons gamma, émis par des éléments radioactifs introduits dans le corps, ont permis les images scintigraphiques du corps humains.

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2ème leçon

1ère Série

24

2. Propagation Toutes les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide ( et dans l’air) à la même vitesse notée c : C = 3,00 . 108 m.s- 1 = 300 000 km.s-1 - La vitesse de la lumière dans l’air vaut également c.

ite

- Dans les milieux matériels (solides, liquides) la vitesse des ondes est inferieure à c.

- Dans un milieu transparent comme l’air ou le verre, la lumière se propage de façon rectiligne. On

er d

modélise cette propagation par des rayons lumineux.

in t

II - Radiographie : les rayons X

Des rayons X se propagent en ligne droite et traversent le corps humain.

io n

Les os absorbent davantage les rayons X que les chairs.

Sur le film sensible aux rayons X, les os apparaissent plus clairs que les tissus.

ct

Fréquence des rayons X : de l’ordre de 1018 Hz

od u

III - Réfraction de la lumière

R

ep r

À la découverte du phénomène de réfraction

Sachant que la tasse 1 est vide et que la tasse 2 est pleine d’eau. Que pouvez dire de la visibilité des deux pièces au fond des tasses ? Quelle hypothèse pouvez-vous émettre ?

________________________________________________________________

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2ème leçon

1ère Série

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ite

Expliquez le schéma, qui représente l’expérience __________________________________________________________________________________

er d

1. Définition

Lorsque l’on envoie un rayon lumineux dans l’eau, on constate que celui-ci change de direction quand

in t

il passe de l’air dans l’eau.

On appelle réfraction de la lumière le changement de direction que la lumière subit à la traversée de

io n

la surface de séparation entre deux milieux transparents.

2. Vocabulaire et schéma

ct

Le rayon n’est pas dévié s’il arrive perpendiculairement à la surface de séparation.

Le rayon lumineux qui arrive sur la surface de séparation entre les deux milieux est le rayon incident.

-

Le rayon lumineux qui se propage dans le deuxième milieu après réfraction, est le rayon réfracté.

-

Le point où le rayon incident arrive sur la surface est le point d’incidence. La droite perpendiculaire en I à la surface de séparation est la normale à la surface de séparation au point d’incidence I.

ep r

-

od u

-

-

L’angle entre le rayon incident et la normale est l’angle d’incidence.

-

Le plan contenant le rayon incident et la normale à la surface de séparation au point d’incidence I

R

L’angle entre le rayon réfracté et la normale est l’angle de réfraction.

est le plan d’incidence.

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2ème leçon

1ère Série

er d

ite

26

in t

Exercice 6

Un rayon lumineux arrive sur une surface plane séparant deux milieux : l’air et l’eau. L’angle

od u

ct

1. Tracer la normale en I.

io n

d’incidence pour un rayon arrivant au point I est i=20°. L’angle réfracté r mesure 15°.

R

ep r

2. Tracer le rayon incident arrivant en I et le rayon réfracté.

3. Si on s’intéresse à un rayon lumineux qui passe de l’eau à l’air, le rayon réfracté à la sortie de l’eau va-t-il s’écarter ou se rapprocher de la normale ? (on peut s’aider des valeurs d’angle données

précédemment).

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2ème leçon

1ère Série

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IV - Réflexion de la lumière Refléxion et réfraction Les reflets à la surface de l’eau, les miroirs, sont des phénomènes de réflexion de la lumière. Le rayon réfléchi est symétrique du rayon incident par rapport à la normale : L’angle de réflexion r est égal à l’angle d’incidence i. (Rappel : les angles sont mesurés par rapport à la normale à la surface).

i

ite

Tracé d’un rayon de lumière lors d’une réflexion (sur un miroir par exemple)

r

er d

Onde incidence

in t

Onde réfléchie

io n

La réfraction est toujours associée à une réflexion du rayon sur la surface de séparation.

ct

Le phénomène de réfraction implique une déviation du faisceau de lumière en changeant de milieu.

i

r

r

R

ep r

Milieu 2

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Milieu 1

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2ème leçon

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2. Passage air –verre La lumière se propage plus rapidement dans le premier milieu (air) que dans le deuxième milieu (verre), on observe que le rayon réfracté se rapproche de la normale. Si v1 > v 2

alors i > r

ite

Exemple du schéma de la leçon 1 (réfraction) Dans ce cas, la lumière pénètre toujours dans le second milieu (verre), quelle que soit la valeur de

er d

l’angle d’incidence i.

in t

3. Passage verre-air

La lumière se propage plus lentement dans le verre (premier milieu) que dans l’air, on observe alors que le rayon réfracté s’éloigne de la normale. alors

i< r

io n

Si v1 < v 2

verre

i

r

air

R

ep r

od u

ct

Normale

Il existe un angle d’incidence limite iL, si i est inférieur à l’angle limite, la lumière pénètre dans le second milieu. Si i est supérieur à l’angle limite iL, la lumière ne peut pas passer dans le second milieu (air). Elle reste totalement réfléchie dans le premier milieu = c’est la réflexion totale.

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2ème leçon

1ère Série

29

r=i

er d

ite

i>iL

V - Fibroscopie

in t

Un fibroscope permet l’exploration de nombreux organes : intestin, estomac… Le fibroscope est constitué par un faisceau de fibres optiques, des petits cylindres de verre souple. Ce « cordon » souple est muni à son extrémité d’une caméra et d’un système d’éclairage. Les fibres transportent l’image de la zone à observer. Pour que la lumière soit transmise sans perte par les fibres, il est

io n

nécessaire que la condition de réflexion totale y soit satisfaite.

ct

Exercice 7

od u

Un rayon lumineux pénètre dans un prisme en verre perpendiculairement à l’une de ses faces. La section du prisme est un triangle rectangle isocèle. 1. Pourquoi le rayon n’est il pas dévié en entrant dans le prisme ? 2. Identifier l’angle d’incidence au point I et donner sa valeur.

ep r

3. Il y a réflexion totale du point I, à partir d’un angle égal à 42°, la lumière est elle totalement réfléchie en I ?

R

4. Tracer le rayon lumineux jusqu’à sa sortie du prisme.

I

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3ème leçon

1ère Série

30

TROISIÈME LEÇON De l’atome à l’élément chimique

L’atome est le constituant fondamental de la matière, c’est la « brique » de base de la matière solide, liquide ou gazeuse. À partir d’atomes, peuvent se former les ions et molécules.

ite

I - Modèle de l’atome

er d

1. Composition

Un atome est constitué d’un noyau entouré de vide dans lequel des électrons, tous identiques, sont en mouvement rapide et désordonné.

in t

Un atome peut être représenté simplement par une boule de rayon de l’ordre de 10-10 m.

Le noyau situé au centre de l’atome, est de l’ordre de 10-15 m (un million de fois plus petit que l’atome).

io n

Entre le noyau et les électrons se trouvent un espace vide : on dit que l’atome a une structure lacunaire. - le noyau est constitué lui-même de nucléons (protons et neutrons). - Il existe environ une centaine d’atomes différents dont la taille varie avec le nombre de nucléons et d’électrons.

ep r

od u

ct

Attention : Le schéma ci dessous ne respecte pas les proportions réelles. Il s’agit d’une illustration.

R

10-10 m

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Noyau constitué de nucléons (neutrons et protons)

10-15 m

Électron lié au noyau

3ème leçon

1ère Série

31

2. La structure électronique des atomes Les électrons d’un noyau ne sont pas tous liés à leur noyau de la même façon. Plus ils sont proches du noyau plus ils lui sont liés. Ils se répartissent en couches plus ou moins lointaines du noyau. On note K la couche la plus proche du noyau, son nombre d’électrons est limité à 2. On note L la seconde couche, son nombre d’électrons est limité à 8. On note M, la troisième couche avec un nombre d’électrons limité à 18.

ite

Exemple : La couche K, correspond à n = 1, peut contenir au maximum 2 n2 électrons. La répartition des électrons dans les différentes couches s’appelle structure électronique.

er d

Nombre maximal d’électrons sur chaque couche : K : n = 1 donc 2n2=2 L : n=2 donc 2n2= 8

in t

M : n=3 donc 2n2 = 18

La couche contenant les électrons les plus éloignée du noyau s’appelle couche externe. Les électrons

io n

de cette couche sont appelés électrons périphériques.

Particules

Charges

qe- = -e = -1,6.10

od u

Électrons

ct

3. Neutralité et masse de l’atome

Neutrons

ep r

Protons

Masses -19

C

qn = 0 C

qp = +e = +1,6.10

-19

C

me- = 9,1.10 -31 kg mn = 1,67.10

-27

kg

mp = 1,67.10

-27

kg

R

C = coulomb : unité de charge électrique ayant pour symbole C. On remarque que le proton (+) et l’électron (-) ont des charges électriques opposés. -le proton et le neutron, ont la même masse.

-l’électron est environ 2 000 fois plus léger qu’un nucléon. On peut donc considérer que la masse d’un atome est concentrée dans son noyau. L’atome est électriquement neutre : il contient toujours autant de protons que d’électrons, dont les charges électriques s’annulent.

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3ème leçon

1ère Série

32

La charge électrique d’un atome est nulle. 4. Représentation symbolique du noyau atomique

A

ite

Z

X

X est le symbole de l’atome.

er d

A est le nombre de nucléons de l’atome X (on l’appelle aussi nombre de masse).

Z est le nombre de charge de l’atome X également appelé numéro atomique représentant le nombre de protons.

in t

On peut connaître le nombre de particules présentes dans un atome X de la façon suivante : Ne- = Np = Z

io n

Nn = A - Z

Ne- est le nombre d’électrons présents dans l’atome X

-

Np est le nombre de protons présents dans l’atome X

-

Nn est le nombre neutrons présents dans l’atome X

od u

ct

-

ep r

Exemple : L’atome de carbone a pour notation symbolique :

12

6

C

R

Ainsi l’atome de carbone possède : Ne- = Z = 6 (6 électrons)

Np = Z = 6 (6 protons) Nn = A – Z = 12 – 6 = 6 (6 neutrons)

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3ème leçon

1ère Série

33

5. Règle du duet et de l’octet : la molécule. Dans la nature, tous les éléments tentent à devenir stables. Pour y parvenir, il leur faut perdre ou gagner des électrons pour acquérir une structure électronique externe où chaque couche des électrons est remplie. Par exemple, les atomes avec 1 ou 4 électrons vont perdre ou gagner un électron afin de stabiliser la première couche à 2 électrons (la couche K) ; les atomes avec plus de 4 électrons vont se stabiliser en remplissant la première couche et la seconde (la couche L) etc. Ainsi, afin de respecter la règle de

ite

l’octet (remplissage de la couche L) et de la règle du duet (remplissage de la couche K), les atomes s’associent dans les molécules. Le nombre de liaisons qu’un atome forme dans une molécule Ce nombre est déduit de la structure électronique de l’atome.

er d

correspond au nombre d’électrons qu’il doit gagner pour satisfaire à la règle de l’octet (ou du duet).

Remarque : Cette partie 5 est utile pour le chapitre II de la quatrième leçon ( les molécukes =,

in t

liaisons covalentes).

II - Les ions

Les ions monoatomiques :

io n

1. Cation et anion

ct

Un ion monoatomique est un atome ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

od u

Si l’atome (X) perd des électrons (n e-), il se charge positivement et devient un ion positif appelé cation (Xn+).

X  Xn+ + n e-

ep r

Exemple : Na  Na+ + e-

L’atome de sodium perd n électron et donne un cation possédant une charge positive. Si l’atome (X) gagne n électrons (n e-), il se charge négativement et devient un ion négatif appelé

R

anion (X n-).

X + n e-  Xn-

Exemple : Cl + e-  ClL’atome de chlore gagne un électron et donne un anion possédant une charge négative.

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3ème leçon

1ère Série

34

2. Les composés ioniques Un composé ionique solide est constitué d’un agencement ordonné de cation et d’anion. Un composé ionique est électriquement neutre : les charges du cation et de l’anion s’annulent. Exemple : Le sel ou chlorure de sodium est un composé ionique constitué d’ion sodium Na+ et d’ion chlorure Cl-. Ces ions sont disposés suivant un ordre précis. Il y a autant d’ion Na+ que d’ion Cl–, d’ou la neutralité

io n

in t

er d

ite

électrique du chlorure de sodium NaCl.

Un composé ionique peut se dissoudre dans l’eau, les ions sont alors dispersés dans l’eau. Exemple : On dissout du chlorure de sodium NaCl solide dans l’eau, on obtient une solution de

ct

chlorure de sodium (Na+, Cl-), qui contient des ions Na+ et Cl- dispersés dans l’eau.

od u

Autre exemple : chlorure de fer :

Solide FeCl2

Dissous dans l’eau : (Fe2+, 2 Cl-)

ep r

Exercice 8

On donne le numéro atomique est le nombre de nucléons d’un atome de Bore, de symbole B :

R

Z=4;A=9

1. Donner le nombre de protons, d’électrons et de neutrons composant un atome de bore.

2. Donner la représentation symbolique du noyau de l’atome de bore.

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3ème leçon

1ère Série

35

Exercice 9 Donner la composition en particules des ions suivants en complétant le tableau ci-dessous:

65

23

30

11

Zn2+

O2-

8

ite

ions

16

Na+

er d

Nombre de protons Nombre de neutrons

in t

Nombre d’électrons

io n

Charge

ct

III - Mise en évidence d’ions monoatomiques

Rappel : Un ion est un atome qui a perdu ou gagné plusieurs électrons. Il porte une charge

od u

électrique : un cation porte une charge positive et un anion une charge négative. 1. Quelques ions courants

ep r

a) Les cations

H+

K+

Na+

H3O+

NH4+

Ion argent

Ion hydrogène

Ion potassium

Ion sodium

Ion oxonium

Ion ammonium

Ca2+

Cu2+

Fe2+

Mg2+

Pb2+

Zn2+

Ion calcium

Ion cuivre II

Ion fer II

Ion magnésium

Ion plomb

Ion zinc

Al3+

Fe3+

Ion aluminium

Ion fer III

R

Ag+

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3ème leçon

1ère Série

36

b) Les anions HO-

MnO4-

NO3-

Ion chlorure

Ion hydroxyde

Ion permanganate

Ion nitrate

CO32-

O2-

SO42-

S2-

Ion carbonate

Ion oxyde

Ion sulfate

Ion sulfure

ite

Cl-

PO43-

er d

Ion phosphate

in t

À la différence d’un atome, un ion n’a pas le même nombre d’électrons que de protons. 2. Test d’identification des ions

Des ions monoatomiques courants peuvent être mis en évidence par ajout d’un réactif. Dans de

io n

nombreux cas, l’ajout d’un réactif provoque la formation d’un précipité (= solide), qui permet de

À connaître :

Fer (II)

Couleur de la solution

Réactif

Test positif

Solution de soude

Précipité vert

Fe2+

Vert pâle

Fe3+

Orange/rouille

Solution de soude

Précipité rouille

Solution de soude

Précipité bleu

Solution de nitrate

Précipité blanc qui

-

noircit à la lumière

ep r

Fer (III)

Formule

od u

Ion

ct

mettre en évidence la présence d’un ion dans la solution testée.

Cu2+

bleu

Chlorure

Cl-

incolore

R

Cuivre

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Na+,HO-

+

d’argent Ag , NO3

3ème leçon

1ère Série

io n

in t

er d

ite

37

ct

Tests respectifs des ions Cuivre, Fer II, Fer III Pour doser les ions sodium, potassium, calcium, chlorures, contenus dans les urines et permettre ainsi

od u

de déceler un dysfonctionnement des reins, on utilise un ionogramme. Cet examen consiste à doser les ions contenus dans une solution organique comme le sang ou les urines.

ep r

Un diagnostique médical peut également être posé en comparant des quantités de deux isotopes dans un échantillon (autrement appelé rapport isotopique). On peut ainsi en comparant la quantité de

R

carbone dans les urines, détecter les dopages.

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3ème leçon

1ère Série

38

IV - L’élément chimique 1. Définition Un élément chimique est l’ensemble des atomes et des ions qui ont le même nombre de protons dans leur noyau. Un élément chimique est donc caractérisé par son numéro atomique Z et est représenté par son

ite

symbole chimique. Exemple : L’élément potassium est l’ensemble des atomes et des ions de numéro atomique Z = 19, et de symbole K.

er d

Soit 19K, l’ion 19K+

in t

2. Isotope Les isotopes sont des atomes qui ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents.

io n

Ils ont le même numéro atomique Z mais un nombre de nucléons A différent. Exemple :

12

6C

et

14

6C

ct

Carbone 12 et carbone 14, qui existe naturellement en plus petite quantité que le carbone 12.

od u

Le carbone 14 est radioactif

ep r

V - Application médicale : la scintigraphie On fait absorber au malade une substance contenant des atomes ou des ions dont les noyaux sont radioactifs, c’est à dire instables. Par exemple une solution ionique d’iodure de sodium, contenant de

R

l’iode 123, isotope radioactif de l’iode est injecté à un patient souffrant de la thyroïde. À l’aide d’une caméra spécifique, on étudie l’image de la thyroïde. S’il y a des nodules, ils seront repérés par leur couleur sur l’image, car un nodule ne fixe pas l’iode comme le reste de la glande et apparaitra d’une couleur différente.

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3ème leçon

1ère Série

39

Exercice 10 1. Quelle est la couleur d’une solution contenant des ions Fer (II) ?

ite

2. Comment peut-on mettre en évidence la présence de ces ions ?

er d

3. On ajoute de la soude à la solution, on observe un mélange de précipités : un précipité vert et un

in t

précipité de couleur rouille. Que peut-on conclure ?

io n

Exercice 11 Soient les 4 atomes ci-dessous :

B

C

D

9

10

10

11

10

10

11

12

od u

Nombre de protons

A

ct

Atomes

Nombre de neutrons

ep r

1. Quels sont les atomes isotopes ?

R

2. Quels sont les atomes correspondants sachant les numéros atomiques suivants : Z = 9 pour le fluor (symbole F) Z = 10 pour le néon (symbole Ne) Z = 11 pour le sodium (symbole Na)

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4ème leçon

1ère Série

40

QUATRIÈME LEÇON Les molécules I - Définition Une molécule est un édifice électriquement neutre formé d’atomes. Exemple : La molécule d’eau est constituée à partir d’un atome d’oxygène et de deux atomes

ite

d’hydrogène liés entre eux.

er d

La formule brute d’une molécule indique la nature des atomes qui la constituent et le nombre de chacun de ces atomes. Ce nombre est précisé en indice, à droite du symbole des atomes.

in t

Exemple : La molécule d’eau s’écrit donc H2O.

io n

II – Liaison covalentes

Une liaison assemble deux atomes d’une même molécule, puisque, comme nous l’avons vu dans la série précédente, les atomes mettent en commun des électrons de leur couche externe. Les électrons,

ct

mis en commun par deux atomes sont considérés comme appartenant à ces deux atomes. . Une liaison simple entre deux atomes A et B est symbolisée par un tiret : A-B. Elle correspond à la

od u

mise en commun de deux électrons par deux atomes, chaque atome fournissant un électron. Les liaisons covalentes permettent donc aux atomes de gagner le nombre d’électrons dont ils ont

R

ep r

besoin pour satisfaire à la règle du duet ou de l’octet.

Représentation de liaison ici de deux atomes d’oxygène.

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4ème leçon

1ère Série

41

Les atomes d’un élément chimique forment toujours le même nombre de tirets : -

-

-

1 tiret représente une liaison simple 2 tirets représentent une liaison double (deux électrons par atome sont mis en commun) 3 tirets représentent une liaison triple (trois électrons par atome sont mis en commun)

Exemple : Hydrogène n’a qu’un électron. Sa liaison sera donc simple. Le carbone a 6 électrons. Deux électrons vont donc remplir la deuxième couche. 4 électrons vont

ite

remplir la seconde couche, la couche L. Or cette couche a besoin de 8 électrons pour être remplie. Le carbone a donc 4 électrons manquant. Il va donc chercher ces 4 électrons en s’unissant à un autre atome. Il accepte donc 4 liaisons vacantes. Les électrons de la couche la plus externe sont appelés

er d

« électrons externes » ou « de valence » et permettent de connaitre le nombre de liaison. Les électrons des autres couches sont appelés « électrons internes » ou « de cœur ».

Nombre de tirets

in t

Atomes H

1

4

io n

C O

1

od u

Cl, F, I

3

ct

N

2

III - Les différentes formules d’une molécule Formule brute : elle indique le type d’atomes qui la compose et le nombre de chacun de ces

-

Formule développée : toutes les liaisons entre atomes sont écrites.

ep r

-

R

atomes. Exemple : C2H6O

H

H -

C H

-

H -

C

-

O

-

H

H

Formule semi-développée : les liaisons concernant l’hydrogène ne sont pas représentées CH3-CH2-OH

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4ème leçon

1ère Série

42

IV - Les isomères

Des isomères sont des molécules ayant la même formule brute mais des atomes liés différemment entre eux. Des isomères ont des noms différents ; ils n’ont pas les mêmes propriétés.

ite

Exemple : C4H10O ( même formule brute)

er d

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH et CH3 - CH2 – O - CH2 -CH3 éthoxyethane

Le butan-1-ol est un solvant des peintures et vernis

io n

L’éthoxyéthane est l’éther, anesthésique…

in t

butane-1-ol

ct

V - Application Soit la molécule de formule brute :

od u

C4H10O (butanol)

ep r

Une formule semi-développée possible :

R

Formule développée :

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4ème leçon

1ère Série

43

ite

On remarque qu’il existe en tout 4 formules semi-développées possibles :

er d

Ces différentes molécules sont des isomères.

in t

Exercice 12

io n

1. Proposer une formule semi-développée de la molécule C3H8O

Exercice 13

od u

ct

2. Préciser le nombre de liaisons (de tirets) d’un atome de carbone.

ep r

Soit les molécules d’éthanol (CH3 – CH2 – OH) et d’oxyde de diméthyle (CH2 – O - CH3)

R

1. Déterminer les formules brutes de ces molécules.

2. Que peut-on alors dire de ces deux molécules ?

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4ème leçon

1ère Série

44

VI - Constitution Les molécules organiques (présentes dans le domaine du vivant) sont en général constituées : - d’une chaîne carbonée : atomes de carbone reliés entre eux - d’autres atomes ou groupes d’atomes appelés groupes caractéristiques

ite

VII - Groupes caractéristiques Un groupe caractéristique est un groupe d’atomes qui confère à la molécule qui le contient des

R

ep r

od u

ct

io n

in t

er d

propriétés chimiques particulières.

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4ème leçon

1ère Série

45

Exercice 14 Voici la formule de l’acide lactique, donner sa formule brute, repérer les fonctions caractéristiques et

er d

ite

les nommer.

Exercice 15

ct

io n

in t

Voici la formule de l’éthanal.

od u

1. Préciser le type de représentation de la formule utilisée ci-dessous.

ep r

2. Donner la formule brute.

R

3. Repérer la fonction caractéristique et la nommer.

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R

ep r

od uc

tio n

in

te r

di

te

46

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47

SCIENCES PHYSIQUES 2 nd e

te r

PREMIÈRE LEÇON

di

te

2 è me SÉRIE

Extraction

Hydrodistillation

tio n

in

DEUXIÈME LEÇON

TROISIÈME LEÇON

od uc

Synthèse et réactions chimiques

QUATRIÈME LEÇON

R

ep r

La relativité du mouvement

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