c.2. physique - Physique-appliquee.net

C. SCIENCES PHYSIQUES
ET
PHYSIQUE - CHIMIE APPLIQUEES
Programme pour les classes de première et terminale
Instructions et commentaires inclus A. OBJECTIFS DU PROGRAMME DE SCIENCES PHYSIQUE ET CHIMIQUE - CHIMIE
APPLIQUEES
La finalité de l'enseignement de la physique et de la chimie,
dispensé aux élèves de la spécialité « Génie des matériaux » en série STI,
est de leur donner une méthodologie qui conduise au développement de leur
esprit scientifique, condition indispensable pour leur permettre de
poursuivre des études et d'avoir une activité professionnelle équilibrée. Les prérequis correspondent aux connaissances du premier cycle du
second degré et du tronc commun de la classe de seconde générale et
technologique. Les contenus sur lesquels s'appuie la formation en physique et chimie ont
été choisis : . pour assurer les bases d'une solide formation générale ; . pour donner les concepts et les connaissances spécifiques nécessaires
à une bonne compréhension des enseignements technologiques et plus
particulièrement des propriétés des matériaux. Certains alinéas du programme ou des commentaires et instructions sont
précédés du mot « rappel », leurs contenus ont été traités dans les classes
précédentes mais leur importance est telle qu'elle nécessite un rappel dans
la formation de première et terminale. L'ordre adopté pour la rédaction des programmes n'est pas impératif pour
son enseignement. La proposition de pondération horaire présentée ci-dessous n'est
qu'indicative, elle ne se veut être qu'une aide à l'établissement de la
progression annuelle : . CHIMIE 60 % . PHYSIQUE 40 % Les travaux pratiques seront effectués en étroite relation avec le cours.
Ils seront une aide importante à la compréhension des notions théoriques du
programme. Il est conseillé de les regrouper en séances de deux heures par
quinzaine. A. PROGRAMME
C.1. CHIMIE
1. Rappel de la classe de seconde
Programme
1.1. Atomes, molécules, ions, radicaux : . La liaison covalente - Règle de l'octet. . Représentation de Lewis des molécules. . Notion sur la classification des éléments. . Nombre d'Avogadro, moles, masses molaires - volume molaire des gaz. . Equation-bilan d'une réaction chimique. . Etude quantitative d'une réaction chimique. 1.2. Chaîne carbonée des hydrocarbures, tétravalence du carbone: . Liaison simple, double. . Isomérie de constitution. . Isomérie spatiale Z-E. . Combustion complète et incomplète d'alcanes, pétroles, exemple de
réaction de polymérisation par addition (polyéthylène, polychlorure de
vinyle, polystyrène). 1.3. Solutions. Caractérisation d'ions. Connaissances scientifiques et savoir-faire théoriques
Pour les connaissances et savoir-faire se reporter au B.O.E.N., numéro
hors série du 24 septembre 1992, Tome 1. Instructions et commentaires
Pour les instructions et commentaires se reporter au B.O.E.N., numéro
hors série du 24 septembre 1992, Tome 1. 2. Structure de la matière
Programme
. Liaisons intermoléculaires - Liaison hydrogène. . Edifices cristallins parfaits o Edifices cristallins covalents - Définition, exemples, o Edifices ioniques - Définition, exemples, o Edifices métalliques - Systèmes CC, CFC. HC. . Principaux défauts : définitions. . Notion de macromolécule: o Définition d'un motif monomère, o Définition d'un polymère. o Définition d'un copolymère. o Définition de molécules linéaires, ramifiées, réticulées, o Définition de la masse molaire moyenne en nombre. o Notion qualitative de polydispersité. o Notion de stéréochimie - Tacticité; représentation des
différents cas. . Etat amorphe - Etat cristallin - Cas des verres. Connaissances scientifiques et savoir-faire théoriques
. Connaître l'existence de la liaison hydrogène. . Citer des exemples de propriétés physiques en relation avec
l'existence de la liaison hydrogène (eau, alcools, polyamides). . Reconnaître sur un schéma, un modèle, les systèmes C - CC - CFC - HC
(exemples du chlorure de sodium, des fers ? et ? , du diamant, du
graphite). . Définir un cristal parfait. . Définir un défaut ponctuel ; linéaire ; plan. . Donner les principales définitions relatives aux macromolécules : o monomère, polymère, degré de polymérisation, motif répétitif
(sur des exemples de macromolécules linéaires, de silicates), o types de macromolécules : linéaire, ramifiée, réticulée, o masse molaire moyenne, définie comme n A (A étant la masse
molaire du motif répétitif), o structure isotactique (à reconnaître sur une représentation
zigzag), o copolymères (notion : existence de plusieurs types de motifs). . Température de transition vitreuse, température de ramollissement :
à reconnaître à partir de courbe de variation de grandeurs physiques
en fonction de la température. . Définir et savoir mesurer une masse volumique. Instructions et commentaires
. La liaison hydrogène ne sera pas traitée en tant que telle. Elle sera
présentée en relation avec les propriétés physiques ([pic],...). Les
exemples cités seront l'eau, les alcools, les nylons, les silico-
aluminates. . Edifices cristallins: les exemples seront choisis dans les domaines
des: matières plastiques, (citer le cas du P.E.), des céramiques, des
métaux et alliages surtout. . On se limitera à la notion de maille conventionnelle ; la notion de
motif est hors programme. . Pour les défauts on se limitera o aux défauts ponctuels : lacunes et interstices, o aux défauts linéaires : dislocation, o aux défauts plans : joints de grains, macles. . Pour les macromolécules l'étude sera faite à l'aide de schémas ou de
modèles.
Ce paragraphe porte essentiellement sur les matières plastiques. Par
extension des acquis, on présentera les silicates dont la structure
n'est pas abordée par ailleurs. . Un aspect important de ce paragraphe est la liaison entre les
propriétés et la structure des différents matériaux (propriétés
mécaniques, électriques, thermiques). 3. Les solutions aqueuses
Programme
. Réaction acido-basiques
PH. Définition
Couple acide/Base Définition selon Branstedt. . Réaction d'oxydo-réduction : o Définition de l'oxydation, de la réduction o Couple oxydoréducteur o Potentiel standard définition o Piles - prévision des réactions à intensité nulle o Phénomène de corrosion - notions qualitatives o Oxydo-réduction par voie sèche . Application des réactions d'oxydo-réduction : o aux généralités sur la métallurgie, o aux propriétés chimiques générales des métaux. Connaissances scientifiques et savoir-faire théoriques
. Connaître la définition du pH. Savoir utiliser la formule. . Connaître la définition d'un couple acide/base (selon Branstedt) . Savoir définir la constante d'équilibre acide/base, Ka, ainsi que le p
Ko et utiliser cette donnée pour comparer les différents acides et
bases faibles. . Ecrire l'équation de la réaction entre acides et bases dans le cas de
monobases et de monoacides forts et de l'acide sulfurique (considéré
comme un diacide fort). . Savoir utiliser la formule CAVA = CBVB (ou CAVA = 2CBVB dans le cas de
l'acide sulfurique) en relation avec les travaux pratiques. . Connaître la définition de l'oxydation et de la réduction. . Savoir écrire une demi-équation rédox dans des cas simples:
Mn+/M ; H3O+/H2 ; CR2072-/Cr3+ ; MnO4-,/Mn2+. . Savoir classer les couples redox connaissant les potentiels standards. . Savoir prévoir une réaction bilan en milieu acide, connaissant les
potentiels standards à pH = 0 (voir tables). Savoir écrire l'équation
bilan correspondante. . Savoir prévoir la polarité d'une pile connaissant les potentiels
standards (exemple de la pile Daniell). . Savoir que la corrosion est un phénomène électrochimique. . Connaître les principaux matériaux susceptibles de se corroder. . Connaître les grandes méthodes de lutte contre la corrosion
(revêtement imperméable, protection anodique, choix de certains
alliages). . Savoir écrire des équations d'oxydo-réduction par voie sèche : o l'oxydant étant le dioxygène dans les cas de Na, Al, Fe, S, NH3 o dans le cas de réactions importantes dans l'industrie (réduction
des oxydes de fer par CO, de l'alumine par voie
électrochimique). Instructions et commentaires
Réactions acide-base : . Aucun calcul de pH ne sera demandé sauf dans le cas des mono acides et
monobases forts. . Couples acide-base. Ce chapitre sera l'occasion de présenter des
équilibres chimiques de façon simple, qualitative, par des exemples : o autoprolyte de l'eau, définition de Ke, o couples acide-base faibles, définition de Ka, pKa. . Les réactions acide-base seront étudiées dans le cas d'un acide fort
et d'une base forte. Le dosage correspondant fera l'objet de travaux
pratiques. . Par extension des acquis, on présentera le cas de quelques oxydes
acides ou basiques :
Al203*,Si02*,C02 CaO, Na20 (* en relation avec la métallurgie de
l'aluminium, l'industrie des céramiques). Réactions d'oxydo réduction : . L'action entre les métaux et les acides sera présente ici. . La notion de potentiel standard sera présentée expérimentalement