Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission





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titreSynthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission
date de publication22.05.2017
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OBSERVER
Couleurs et images

Comment l’œil fonctionne-t-il ? D’où vient la lumière colorée ? Comment créer de la couleur ?


Notions et contenus

Compétences attendues


Couleur, vision et image

L’œil ; modèle de l’œil réduit.
Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle.

Distance focale, vergence.

Relation de conjugaison ; grandissement.

Accommodation.
Fonctionnements comparés de l’œil et d’un appareil photographique.

Couleur des objets.

Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission.

Vision des couleurs et trichromie. Daltonisme. Principe de la restitution des couleurs par un écran plat (ordinateur, téléphone portable, ...).

Décrire le modèle de l’œil réduit et le mettre en correspondance avec l’œil réel.

Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une lentille convergente.

Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente à partir d’une série de mesures.

Utiliser les relations de conjugaison et de grandissement d’une lentille mince convergente.
Modéliser l’accommodation du cristallin.
Pratiquer une démarche expérimentale pour

comparer les fonctionnements optiques de l’œil et de l’appareil photographique.
Interpréter la couleur observée d’un objet éclairé à partir de celle de la lumière incidente ainsi que des phénomènes d’absorption, de diffusion et de transmission.

Utiliser les notions de couleur blanche et de couleurs complémentaires.

Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées et l’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente.

Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et comprendre les notions de couleurs des objets.
Distinguer couleur perçue et couleur spectrale. Recueillir et exploiter des informations sur le principe de restitution des couleurs par un écran plat.


Sources de lumière colorée

Différentes sources de lumière : étoiles,

lampes variées, laser, DEL, ...

Domaines des ondes électromagnétiques.

Couleur des corps chauffés. Loi de Wien.

Interaction lumière - matière : émission et

absorption.

Quantification des niveaux d’énergie de la

matière.
Modèle corpusculaire de la lumière : le photon. Energie d’un photon.

Relation E = h. dans les échanges d’énergie.

Spectre solaire.

Distinguer une source polychromatique d’une

source monochromatique caractérisée par une longueur d’onde dans le vide.

Connaître les limites en longueur d’onde dans le vide du domaine visible et situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets.
Exploiter la loi de Wien, son expression étant

donnée.
Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et de comprendre la notion de lumière colorée.
Interpréter les échanges d’énergie entre lumière et matière à l’aide du modèle corpusculaire de la lumière.

Connaître les relations  = c/ et E = h. et les utiliser pour exploiter un diagramme de niveaux d’énergie.

Expliquer les caractéristiques (forme, raies) du

spectre solaire.


Matières colorées

Synthèse soustractive.
Colorants, pigments ; extraction et synthèse.
Réaction chimique : réactif limitant, stœchiométrie, notion d’avancement.
Dosage de solutions colorées par étalonnage. Loi de Beer-Lambert.

Interpréter la couleur d’un mélange obtenu à partir de matières colorées.

Pratiquer une démarche expérimentale mettant en œuvre une extraction, une synthèse, une chromatographie.

Identifier le réactif limitant, décrire quantitativement l’état final d’un système chimique.

Interpréter en fonction des conditions initiales la

couleur à l’état final d’une solution siège d’une réaction chimique mettant en jeu un réactif ou un produit coloré.

Pratiquer une démarche expérimentale pour

déterminer la concentration d’une espèce colorée à partir d’une courbe d’étalonnage en utilisant la loi de Beer-Lambert.

Molécules organiques colorées : structures

moléculaires, molécules à liaisons conjuguées.

Indicateurs colorés.

Liaison covalente.

Formules de Lewis ; géométrie des molécules. Rôle des doublets non liants.

Isomérie Z/E.

Savoir que les molécules de la chimie organique sont constituées principalement des éléments C et H.

Reconnaître si deux doubles liaisons sont en

position conjuguée dans une chaîne carbonée. Etablir un lien entre la structure moléculaire et le caractère coloré ou non coloré d’une molécule.
Repérer expérimentalement des paramètres

influençant la couleur d’une substance (pH, solvant, ...).
Décrire à l’aide des règles du « duet » et de l’octet les liaisons que peut établir un atome (C, N, O, H) avec les atomes voisins.

Interpréter la représentation de Lewis de quelques molécules simples.

Mettre en relation la formule de Lewis et la

géométrie de quelques molécules simples.

Prévoir si une molécule présente une isomérie Z/E. Savoir que l’isomérisation photochimique d’une

double liaison est à l’origine du processus de la vision.

Mettre en œuvre le protocole d’une réaction

photochimique.

Utiliser des modèles moléculaires et des logiciels de modélisation.

Recueillir et exploiter des informations’ sur les

colorants. leur utilisation dans différents domaines, et les méthodes de détermination des structures (molécules photochromes, indicateurs colorés, peintures, ...).


COMPRENDRE
Lois et modèles
Quelles sont les causes physiques à l’ouvre dans l’Univers ? Quelles interactions expliquent à la fois
les stabilités et les évolutions physiques et chimiques de la matière ? Quels modèles utilise-t-on pour

les décrire ? Quelles énergies leur sont associées ?


Notions et contenus

Compétences attendues

Cohésion et transformations de la matière


La matière à différentes échelles : du noyau à la galaxie.

Particules élémentaires : électrons, neutrons, protons.

Charge élémentaire e.

Interactions fondamentales : interactions forte et faible, électromagnétique, gravitationnelle.
Cohésion du noyau, stabilité.

Radioactivité naturelle et artificielle. Activité.
Réactions de fission et de fusion.

Lois de conservation dans les réactions nucléaires.
Défaut de masse, énergie libérée.

Réactions nucléaires et aspects énergétiques associés.

Ordre de grandeur des énergies mises en jeu.
Solide ionique. Interaction électrostatique ; loi de

Coulomb.

Solide moléculaire. Interaction de Van der Waals, liaison hydrogène.

Electronégativité.
Effet du caractère polaire d’un solvant lors d’une dissolution.


Conservation de la matière lors d’une dissolution.

Variation de température et transformation physique d’un système par transfert thermique.

Nomenclature des alcanes et des alcools ; formule semi-développée.
Lien entre les températures de changement d’état et la structure moléculaire dans le cas de l’eau, des alcools et des alcanes.

Miscibilité des alcools avec l’eau.
Réactions chimiques et aspects énergétiques

associés : énergie libérée lors de la combustion

d’un hydrocarbure ou d’un alcool ; ordres de
grandeur.

Connaître les ordres de grandeur des

dimensions des différentes structures des édifices organisés.
Connaître l’ordre de grandeur des valeurs des masses d’un nucléon et de l’électron.

Savoir que toute charge électrique peut

s’exprimer en fonction de la charge élémentaire e.
Associer, à chaque édifice organisé, la ou les interactions fondamentales prédominantes.
Utiliser la représentation symbolique ; définir l’isotopie et reconnaître des isotopes.

Recueillir et exploiter des informations sur la découverte de la radioactivité naturelle et de la radioactivité artificielle.

Connaître la définition et des ordres de

grandeur de l’activité exprimée en becquerel.
Utiliser les lois de conservation pour écrire

l’équation d’une réaction nucléaire.
Utiliser la relation E libérée = | m |.c².

Recueillir et exploiter des informations sur les réactions nucléaires (domaine médical, domaine énergétique, domaine astronomique, ...)
Interpréter la cohésion des solides ioniques et moléculaires.

Réaliser et interpréter des expériences simples d’électrisation.

Recueillir et exploiter des informations sur les applications de la structure de certaines molécules (super absorbants, tensioactifs, alginates, ...).

Prévoir si un solvant est polaire.
Ecrire l’équation de la réaction associée à la dissolution dans l’eau d’un solide ionique. Savoir qu’une solution est électriquement neutre.

Elaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique de concentration donnée en ions.

Mettre en œuvre un protocole pour extraire une espèce chimique d’un solvant.
Interpréter à l’échelle microscopique les

aspects énergétiques d’une variation de température et d’un changement d’état.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mesurer une énergie de changement d’état.
Reconnaître une chaîne carbonée linéaire,

ramifiée ou cyclique. Nommer un alcane et un alcool.

Donner les formules semi-développées

correspondant à une formule brute donnée dans le cas de molécules simples.
Interpréter :

- l’évolution des températures de changement d’état au sein d’une famille de composés ;

- les différences de température de

changement d’état entre les alcanes et les alcools ;

- la plus ou moins grande miscibilité des

alcools avec l’eau.

Réaliser une distillation fractionnée.
Ecrire une équation de combustion.

Mettre en œuvre un protocole pour estimer la valeur de l’énergie libérée lors d’une combustion.


Champs et forces

Exemples de champs scalaires et vectoriels :

pression, température, vitesse dans un fluide.

Champ magnétique : sources de champ
magnétique (Terre, aimant, courant).

Champ électrostatique :
Champ de pesanteur local :

Loi de la gravitation ; champ de gravitation.

Lien entre le champ de gravitation et le champ de pesanteur.

Recueillir et exploiter des informations (météorologie, téléphone portable,) sur un phénomène pour avoir une première approche de la notion de champ.

Décrire le champ associé à des propriétés physiques qui se manifestent en un point de l’espace.

Comprendre comment la notion de champ a émergé historiquement d’observations expérimentales.

Pratiquer une démarche expérimentale pour cartographier un champ magnétique ou électrostatique.

Connaître les caractéristiques :

- des lignes de champ vectoriel ;

- d’un champ uniforme ;

- du champ magnétique terrestre ;

- du champ électrostatique dans un condensateur plan ;

- du champ de pesanteur local.
Identifier localement le champ de pesanteur au champ de gravitation, en première approximation.


Formes et principe de conservation de l’énergie

Energie d’un point matériel en mouvement dans le champ de pesanteur uniforme : énergie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, conservation ou non conservation de l’énergie mécanique.

Frottements ; transferts thermiques ; dissipation
d’énergie.


Formes d’énergie
Principe de conservation de l’énergie.

Application à la découverte du neutrino dans la

désintégration p .

Connaître et utiliser l’expression de l’énergie

cinétique d’un solide en translation et de

l’énergie potentielle de pesanteur d’un solide
au voisinage de la Terre.

Réaliser et exploiter un enregistrement pour étudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie mécanique d’un système au cours d’un mouvement.
Connaître diverses formes d’énergie.
Exploiter le principe de conservation de

l’énergie dans des situations mettant en jeu différentes formes d’énergie.



AGIR

Défis du XXIe siècle

En quoi la science permet-elle de répondre aux défis rencontrés par l’Homme dans sa volonté de développement tout en préservant la planète ?


Notions et contenus

Compétences attendues


Convertir l’énergie et économiser les ressources

Ressources énergétiques renouvelables ou non ; durées caractéristiques associées.

Transport et stockage de l’énergie ; énergie

électrique.


Production de l’énergie électrique : puissance. Conversion d’énergie dans un générateur, un
récepteur. Loi d’Ohm. Effet Joule.

Notion de rendement de conversion.

Recueillir et exploiter des informations pour

identifier des problématiques :

- d’utilisation des ressources énergétiques ;

- du stockage et du transport de l’énergie.

Argumenter en utilisant le vocabulaire
scientifique adéquat.
Distinguer puissance et énergie.

Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.

Connaître et comparer des ordres de grandeur de puissances.

Schématiser une chaîne énergétique pour

interpréter les conversions d’énergie en termes de conservation, de dégradation.
Pratiquer une démarche expérimentale pour :

- mettre en évidence l’effet Joule ;

- exprimer la tension aux bornes d’un générateur et d’un récepteur en fonction de l’intensité du courant électrique.
Recueillir et exploiter des informations portant sur un système électrique à basse consommation.

Stockage et conversion de l’énergie chimique.
Energie libérée lors de la combustion d’un

hydrocarbure ou d’un alcool.


Piles salines, piles alcalines, piles à combustible. Accumulateurs.

Polarité des électrodes, réactions aux électrodes.
Oxydant, réducteur, couple oxydant/réducteur,

réaction d’oxydo-réduction.

Modèle par transfert d’électrons.

Recueillir et exploiter des informations sur le

stockage et la conversion d’énergie chimique.

Ecrire une équation de combustion. Argumenter sur l’impact environnemental des transformations mises en jeu. Déterminer l’ordre de grandeur de la masse de CO2 produit lors du déplacement d’un véhicule.
Pratiquer une démarche expérimentale pour réaliser une pile et modéliser son fonctionnement. Relier la polarité de la pile aux réactions mises en jeu aux électrodes.

Recueillir et exploiter des informations sur les piles ou les accumulateurs dans la perspective du défi énergétique.
Reconnaître l’oxydant et le réducteur, dans un couple.

Ecrire l’équation d’une réaction d’oxydo 

réduction en utilisant les demi-équations redox.


Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux

Nanochimie.

Synthèse ou hémisynthèse de molécules

complexes, biologiquement actives.

Alcools, aldéhydes, cétones : nomenclature.

oxydations.

Acides carboxyliques : nomenclature, caractère

acide, solubilité et pH.

Obtention d’un acide carboxylique ou d’une

cétone ; rendement d’une synthèse.

Synthèses et propriétés de matériaux amorphes (verres), de matériaux organisés (solides cristallins, céramiques) et de matières plastiques.

Recueillir et exploiter des informations sur un aspect de la nanochimie (nanotubes de carbone, nanomédicaments, nanoparticules

métalliques...).
Recueillir et exploiter des informations sur une synthèse d’une molécule biologiquement active en identifiant les groupes caractéristiques.
Nommer des alcools, aldéhydes, cétones et acides carboxyliques.

Reconnaître la classe d’un alcool.

Ecrire l’équation de la réaction d’oxydation d’un alcool et d’un aldéhyde.
Pratiquer une démarche expérimentale pour :

- extraire un acide carboxylique d’un mélange ;

- oxyder un alcool ou un aldéhyde ;

- mettre en évidence par des tests caractéristiques ou une CCM un ou des produits issus de l’oxydation d’un alcool ;

- déterminer la valeur du rendement d’une synthèse.
Réaliser une extraction par solvant, un chauffage à reflux, une filtration sous vide, une CCM, une distillation en justifiant du choix du matériel à utiliser.

Argumenter à propos d’une synthèse en utilisant des données physico-chimiques et de sécurité.
Recueillir et exploiter des informations pour relier les propriétés physiques d’un matériau à sa structure microscopique.


Créer et innover

Culture scientifique et technique ; relation science - société.

Métiers de l’activité scientifique (partenariat avec une institution de recherche, une entreprise, ...).

Réinvestir la démarche scientifique sur des

projets de classe ou de groupes.

Comprendre les interactions entre la science et la société sur quelques exemples.

Communiquer sur la science par exemple en participant à des actions de promotion de la culture scientifique et technique.

Recueillir et exploiter des informations sur

l’actualité scientifique et technologique, sur des métiers ou des formations scientifiques et techniques en lien avec des ressources locales.

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