Fiche professeur - Académie d'Orléans-Tours

Fiche professeur |THEME du programme : |Sous-thème : Cohésion et transformations |
|Comprendre |de la matière | Solide moléculaire. Interaction de Van der Waals, liaison hydrogène Type d'activité : Activités documentaires avec possibilité d'illustration
expérimentale. Conditions de mise en ?uvre :
Activité 1 : Le solide moléculaire (30 min)
« De l'eau et du sucre » : Activité de découverte pouvant être illustrée
par quelques expériences réalisées par les élèves ou le professeur. Activité 2 : Le modèle : les interactions de Van der Waals (30 min)
PARTIE 1 : Activité documentaire autour des notions d'électronégativité, de
molécules polaires et apolaires, de l'expérience du filet d'eau, de la
température d'ébullition permettant de définir cette interaction.
PARTIE 2 : Cas de l'interaction entre molécules apolaires. Activité 3 : Prolongement du modèle : la liaison hydrogène (15 min)
« Température d'ébullition de quelques molécules » : Activité documentaire
montrant comment des anomalies sur les températures d'ébullition ont
conduit à faire évoluer le modèle vers la notion de liaison hydrogène. Activité 4 : La liaison hydrogène : exemples d'illustrations (30 min)
3 activités documentaires illustrant la liaison hydrogène Pour aller plus loin :
Activité 5 : liaison hydrogène et propriétés physico-chimiques
3 activités documentaires montrant l'influence des interactions de Van der
Waals, et de la liaison hydrogène sur la température d'ébullition, la
solubilité et la densité de certaines molécules. Pré-requis : - Le solide ionique, interaction coulombienne
- Structure moléculaire, représentation de Lewis |NOTIONS ET CONTENUS |COMPETENCES ATTENDUES |
|Solide moléculaire. Interaction de |Interpréter la cohésion des solides|
|Van der Waals, liaison hydrogène. |[...] moléculaires. |
|Électronégativité. |[...] Recueillir et exploiter des |
| |informations sur les applications |
| |de la structure de certaines |
| |molécules (super absorbants, |
| |tensioactifs, alginates, etc.). | Compétences transversales :
- rechercher, extraire, organiser des informations utiles
- formuler des hypothèses
- raisonner, argumenter, démontrer
Mots clés de recherche : solide moléculaire, Van der Waals, liaison
hydrogène Provenance : Académie d'Orléans-Tours
Adresse du site académique : http://physique.ac-orleans-tours.fr/php5/site/
ACTIVITÉ 1 : LE SOLIDE MOLECULAIRE
« De l'eau et du sucre » Compétences travaillées :
|App : S'approprier l'information |
|Se mobiliser en cohérence avec les consignes données. |
|Rea : Réaliser (Faire) |
|Observer et décrire les phénomènes. |
|Ana : Analyser |
|Extraire des informations des données et les exploiter. |
|Val : Valider, Critiquer |
|Confronter un modèle à des résultats expérimentaux : vérifier la |
|cohérence des résultats obtenus avec ceux attendus. |
|Com : Communiquer |
|Rendre compte de façon écrite. |
|Auto : Etre Autonome, Faire preuve d'initiative, Savoir-Etre |
|Travailler efficacement seul ou en équipe (en étant autonome, en |
|respectant les règles de vie de classe et de sécurité). |
|Soigner sa production. | Observations expérimentales :
1) le sucre est un solide moléculaire. Il est constitué de molécules de
saccharose C12H22O11. C'est un état dense de la matière : les molécules
sont proches les unes des autres et cohérentes entre-elles.
2) L'eau liquide est constituée de molécules d'H2O. C'est un état dense de
la matière : les molécules sont proches les unes des autres et cohérentes
entre-elles. Il faut apporter beaucoup d'énergie pour les séparer les
unes des autres (Teb = 100 °C).
3) L'eau pure ne laisse pas passer le courant électrique.
4) Le sucre se dissout dans l'eau.
5) L'eau sucrée ne laisse pas passer le courant électrique.
6) Le filet d'eau est dévié à l'approche du bâton d'ébonite chargé. Questions :
a) En utilisant vos connaissances sur les solide ioniques, peut-on dire
que le sucre est un solide ionique. Justifier.
b) L'eau pure est-elle un électrolyte ? Justifier.
c) L'interaction coulombienne entre des particules chargées peut-elle
expliquer la cohésion d'un morceau de sucre ou d'un peu d'eau
liquide ? Justifier.
d) L'interaction coulombienne entre des particules chargées peut-elle
expliquer l'expérience du filet d'eau ? Justifier.
e) Peut-on expliquer la dissolution du sucre à l'aide de l'interaction
coulombienne entre des particules chargées ? Conclusion :
L'interaction coulombienne entre des particules chargées n'explique pas ces
observations car le morceau de sucre et l'eau ne contiennent pas de
particules chargées. Un autre type d'interaction doit expliquer ces
propriétés. ACTIVITÉ 2 : LE MODELE : LES INTERACTIONS DE VAN DER WAALS
PARTIE 1 : INTERACTIONS ENTRE MOLECULES POLAIRES Compétences travaillées : |App : S'approprier l'information |
|Se mobiliser en cohérence avec les consignes données (agir selon les |
|consignes données ; extraire des informations utiles d'une observation, |
|d'un texte ou d'une représentation conventionnelle (schéma, tableau, |
|graphique,...)). |
|Réa : Réaliser |
|Réaliser un graphique. |
|Appliquer une consigne (calcul, application d'une loi ...). |
|Ana : Analyser |
|Extraire des informations des données et les exploiter. |
|Elaborer et/ou choisir et utiliser un modèle adapté. |
|Val : Valider, Critiquer |
|Confronter un modèle à des résultats expérimentaux : vérifier la |
|cohérence des résultats obtenus avec ceux attendus. |
|Com : Communiquer |
|Rendre compte de façon écrite (de manière synthétique et structurée, en |
|utilisant un vocabulaire adapté et une langue correcte). |
|Auto : Etre Autonome, Faire preuve d'initiative, Savoir-Etre |
|Travailler efficacement seul ou en équipe (en étant autonome, en |
|respectant les règles de vie de classe et de sécurité). |
|Soigner sa production. |
Doc 1 : Introduction : Le fait que les molécules ne se déplacent pas toujours librement comme
elles le font à l'état gazeux mais qu'elles forment aussi des liquides et
des solides, signifie qu'il existe des interactions entre elles. Ainsi, le
fait que l'eau soit liquide à la température ambiante est la manifestation
que les molécules d'eau adhèrent les unes aux autres. Pour faire bouillir
l'eau nous devons apporter suffisamment d'énergie pour écarter les
molécules les unes des autres. Les forces responsables de l'adhérence des
molécules sont appelées forces de van der Waals en référence au
scientifique hollandais du dix-neuvième siècle qui les étudia pour la
première fois.
« Le parfum de la fraise », Peter Atkins, Dunod
Doc 2 : Electronégativité d'un atome
Il s'agit de l'aptitude d'un atome, ou d'un groupe d'atomes, d'une
entité moléculaire à attirer des électrons de liaison. |H | | | | | | |He |
|2,1 | | | | | | |0 |
|Li |Be |B |C |N |O |F |Ne |
|1,0 |1,5 |2,0 |2,5 |3,0 |3,5 |4,0 |0 |
|Na |Mg |Al |Si |P |S |Cl |Ar |
|0,9 |1,2 |1,5 |1,8 |2,1 |2,5 |3,0 |0 |
Echelle d'électronégativité de PAULING pour quelques éléments chimiques
(en unité atomique de moment dipolaire : 1 u.a.m.d = 2,54 Debye) Doc 3 : Polarité d'une liaison ou d'une molécule
Si deux atomes impliqués dans une liaison de covalence sont
d'électronégativités différentes, la répartition des charges est
dissymétrique : les électrons de la liaison sont délocalisés vers l'atome
le plus électronégatif, qui porte alors une charge partielle négative notée
?-. L'autre atome de la liaison porte, quant à lui, une charge partielle
positive notée ?+.
Plus les charges sont réparties de façon asymétrique, plus une liaison
ou molécule sera polaire (elle peut être assimilée à un dipôle
électrostatique), et a contrario, si les charges sont réparties de façon
totalement symétrique, elle sera apolaire, c'est-à-dire non polaire.
La polarité des molécules influe sur un certain nombre de
caractéristiques physiques (températures de fusion et d'ébullition,
solubilité, tension superficielle) ou chimiques (réactivité). Questions : Question 1 : En s'appuyant sur les documents 2 et 3, expliquer pourquoi les
molécules ci-dessous sont polaire