Sciences de la vie et de la Terre

Un même vocabulaire en SVT et en Physique au Collège

01 / 11 / 2002 | Migration | Hubert Demets | M Ledoux

Document
récapitulatif sur le vocabulaire et compléments aux travaux
des groupes du stage PHY 014 : favoriser le travail en commun des professeurs
de SVT et de physique-chimie au collège.

 Transformations physiques — l’eau — vocabulaire associé

1- Changements d’état : pour une substance donnée

  • 1.1 la solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide
  • 1.2 la fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide
  • 1.3 la vaporisation est le passage de l’état liquide à l’état vapeur (gazeux). Cette vaporisation peut prendre 2 formes :
    • 1.3.1 l’ébullition : à température constante sous une pression donnée pour un corps pur (souvent on doit chauffer, exemple de l’eau à 100°C sous une pression de 1013 hPa)
    • 1.3.2 l’évaporation : pas de critère fixe de température. L’évaporation qui est limitée par la tension en vapeur saturante est favorisée par
      • l’augmentation de surface de contact avec l’air
      • le vent
      • une élévation de température
        (exemples : le linge qui sèche, les marais salants)
  • 1.4 la liquéfaction est le passage de l’état vapeur (gazeux) à l’état liquide (terme à utiliser de préférence à condensation qui est aussi utilisé mais dans ce cas parler de condensation à l’état liquide)
  • 1.5 la sublimation est le passage de l’état solide à l’état vapeur (sans passage par l’état liquide)
  • 1.6 la condensation est le passage de l’état vapeur à l’état solide (sans passage par l’état liquide)
    La vapeur d’eau est un gaz invisible. Ce que l’on voit sur une vitre (buée) ou au-dessus d’une casserole d’eau bouillante (brouillard) n’est pas de la vapeur d’eau mais de l’eau à l’état liquide.
    Eviter d’employer des termes comme « gaz liquide » (la substance qui était à l’état de vapeur est alors à l’état liquide, c’est le cas du briquet à gaz qui contient du butane à l’état liquide au-dessus duquel il y a du butane à l’état gazeux) ou « eau gazeuse » (utiliser de préférence un terme comme eau pétillante), ces termes peuvent apporter des confusions dans la tête des jeunes élèves.
    L’air liquide est un mélange de liquides constitué essentiellement de dioxygène à l’état liquide et de diazote à l’état liquide.
    Avec l’apport d’énergie calorifique certaines fusions s’accompagnent très rapidement d’un début de décomposition (il y a alors réaction chimique), c’est par exemple le cas du sucre (le caramel n’est pas du sucre fondu) ou du beurre noir (qui n’est plus du beurre).

2- Brouillard, fumée

2.1 Brouillard :

fines
gouttelettes d’une substance liquide en suspension dans un gaz ou un
mélange de gaz. Le plus souvent le terme brouillard s’applique
à un brouillard d’eau : petites gouttelettes d’eau (à
l’état liquide) en suspension dans l’air. Lorsque l’on utilise
un aérosol il en sort un brouillard (de la substance contenus
dans cet aérosol).

2.2 Fumée :

fines
particules d’une substance solide en suspension dans un gaz ou un mélange
de gaz. Fumées noires issues d’une combustion incomplète : petites particules de carbone en suspension dans l’air. Quand on tape
un tampon qui sert à effacer le tableau (écriture à
la craie) on fabrique une fumée de craie. Les fumées noires
qui sortent des cheminées d’usines sont en général
un mélange de brouillard et de fumées.

Le panache
blanchâtre observé au dessus d’une casserole d’eau bouillante
ou d’une tour de réfrigération n’est pas une fumée
mais un brouillard d’eau.

Un gaz
coloré comme le diiode à l’état gazeux n’est pas
une fumée.

3- Mélange homogène — mélange hétérogène

En physique-chimie
un mélange est dit hétérogène si
on distingue au moins deux de ses constituants à l’œil nu,
sinon il est dit homogène ;

Un liquide
homogène peut être un corps pur ou un mélange :

  • l’eau du robinet est un mélange, mais pas de l’eau pure
  • le cyclohexane est un corps pur

4- Eau pure, eau minérale, eau de source, eau potable, eau médicamenteuse

L’eau
pure
est plutôt un « modèle », elle n’est constituée
que de molécules d’eau, on assimile en général
l’eau bidistillée à de l’eau pure.

Une eau
minérale
n’est pas une eau pure. Elle contient des sels minéraux
et des gaz dissous.

La composition
en sels minéraux d’une eau minérale est fixe, ce qui
n’est pas toujours le cas pour une eau de source.

Une eau
potable
répond à des critères de potabilité,
les teneurs des différentes substances dissoutes ne doivent pas
dépasser certains seuils. Au regard de ces seuils, certaines
eaux minérales ne peuvent pas être déclarées
potables, dans ce cas elles sont dites médicamenteuses
(ces eaux ne doivent pas être bues sur de longues périodes,
sauf sur avis médical).

 5-Dissolution

Une substance
(soluté) se dissout dans un liquide (solvant) quand
on obtient un mélange homogène (solution de soluté
dans le solvant)

Exemple : le chlorure de sodium (soluté) se dissout dans l’eau (solvant),
on obtient une solution de chlorure de sodium dans de l’eau. Dans le
cas où le solvant est l’eau, on peut parler de solution aqueuse,
ici solution aqueuse de chlorure de sodium (eau salée).

Si le solvant
et le soluté sont des corps purs la séparation des deux
constituants est possible par un procédé chimique. Si
le soluté est solide, la séparation peut se faire par
vaporisation du solvant, s’il est liquide par distillation fractionnée.

En général
on considère qu’une dissolution n’est pas une réaction
chimique (les énergies mises en jeu sont trop faibles). Mais
l’eau étant un solvant ionisant, certaines dissolutions s’accompagnent
de réactions chimiques (exemple : la dissolution des acides purs)

Les gaz
dissous dans l’eau proviennent de l’air (ce n’est pas de l’air dissous),
il n’y a pas que du dioxygène dans ces gaz (il y a entre autre
du dioxyde de carbone et du diazote, de plus les proportions de ces
gaz ne sont pas les mêmes que dans l’air : ils ont des solubilités
différentes dans l’eau)

Attention la « dissolution du calcaire » n’est pas une dissolution du carbonate de calcium dans l’eau car le carbonate est insoluble.

6- Ne pas confondre

Ne pas confondre les termes « poids » et « masse »

  • 6.1 la masse caractérise une quantité de matière ; pour un objet (une substance) donné elle est invariable et s’exprime en kilogrammes (kg)
  • 6.2 le poids (sur terre) est la force d’attraction que la terre exerce sur un objet (une substance) ; pour un objet donné il varie légèrement en fonction du lieu (latitude et altitude), il s’exprime en newtons (N).

 Réactions chimiques

1- Vocabulaire

1.1 Nom de certaines substances
  • dioxygène et non oxygène
  • diazote et non azote
  • dioxyde de carbone et non CO2 ou gaz carbonique. Les formules chimiques sont abordées en classe de 4ème, elles ont une signification précise et ne doivent pas être utilisées en tant qu’abréviation dans une phrase.
1.2 quelques définitions
réactif

substance initiale (de départ) d’une réaction chimique

produit

substance finale (d’arrivée) d’une réaction chimique

Dans le
cadre du test de reconnaissance du dioxyde de carbone par l’eau de chaux,
ces deux substances sont tout autant des réactifs. Il y a réaction
chimique entre deux réactifs, le dioxyde de carbone et l’eau
de chaux, et formation de deux produits le carbonate de calcium (qui
précipite et provoque le trouble) et de l’eau. L’emploi d’une
expression « l’eau de chaux est le réactif du dioxyde de carbone »
ne semble donc pas opportun. Pour l’eau de chaux, des expressions comme
« détecteur du dioxyde de carbone » ou "substance sevant à
détecter ou tester le dioxyde de carbone" sont plus conseillées.

Ca 2+ + 2 OH- + CO2 ----> CaCO3 + H2O

Pour garder
l’idée de symétrie de deux réactifs, il est préférable
de dire « A réagit avec B » que « A réagit sur B » (un acide
n’attaque pas le calcaire, il réagit avec)

réaction chimique

au cours d’une réaction chimique le ou les réactifs
disparaissent, il se forme un ou plusieurs produits. Les produits sont
différents des réactifs.

combustion

action de brûler, elle s’accompagne d’une flamme ou d’une incandescence.
Lors d’une combustion il y a libération d’énergie (réaction
exergonique).

Tout corps
incandescent ne brûle pas, exemple : filament d’une lampe à
incandescence (il y a un combustible : le tungstène mais pas
de comburant)

Toute combustion
est une oxydation.

Toute oxydation
n’est pas une combustion, exemples : oxydation des nutriments, corrosion
atmosphérique des métaux (en plus du dioxygène,
l’eau et le dioxyde de carbone sont aussi des réactifs)

molécule

une molécule correspond à une association unique d’atomes,
l’association prend en compte la nature des atomes, leur nombre et leur
disposition relative dans l’espace. A un corps pur correspond un type
de molécule.

L’eau pure
n’est constituée que de molécules d’eau.

Toutes
les molécules d’ADN d’un même individu sont identiques,
des individus différents ont des molécules d’ADN différents.
L’emploi de la molécule d’ADN n’a un sens qu’au niveau
de l’individu.

2- Quelques points délicats

  • 2.1 la « dissolution du calcaire » dans une eau acide n’est pas une dissolution de la substance chimique calcaire (carbonate de calcium).
    L’eau chargée en dioxyde de carbone est une eau acide :
    CO2 + H2O <===> 2 H+ + CO32-
    Il y a réaction chimique entre le calcaire (insoluble dans l’eau et les ions hydrogènes (eau acide), le produit est l’hydrogénocarbonate de calcium qui est soluble dans l’eau
    2 H+ + 2 CaCO3 ----> 2 H CO3- + Ca2+
    C’est d’ailleurs ce phénomène qui se passe lors du test de reconnaissance du dioxyde de carbone quand ce dernier est en grande quantité par rapport à l’eau de chaux ; dans ce cas il se dissout du dioxyde de carbone dans l’eau de chaux, le milieu est acide et on observe une dissolution du précipité blanc (carbonate de calcium) obtenu au début du test.
  • 2.2 la « simplification moléculaire » au cours de la digestion est un ensemble de réactions chimiques qui permet de décomposer (couper) des grosses molécules (qui ne peuvent passer à travers la paroi de l’intestin) en molécules plus petites appelées nutriments (qui peuvent passer à travers la paroi de l’intestin grêle) et qui sont solubles dans le sang et la lymphe. Les sucs digestifs, en favorisant ces réactions chimiques, jouent un rôle important dans la digestion
    Exemples : amidon -> glucose, lipides -> acides gras + glycérol, protéines -> acides aminés

 Unités et échelles

1- Rappels de la signification des préfixes

  • giga (G) : 109
  • méga (M) : 106
  • kilo (k) : 103
  • milli (m) : 10-3
  • micro (µ) : 10-6
  • nano (n) : 10-9

2- Des symboles modifiés

  • min pour minute au lieu de mn
  • L pour litre au lieu de l

3- Des unités à ne plus employer

  • micron : employer le micromètre
  • angström : employer le dixième de nanomètre
  • calorie : employer le joule (J)
  • degré centigrade : employer le degré celsius

4- Quelques remarques

  • 4.1 Pour les symboles des unités (minuscules, majuscules) la règle est la suivante : la première lettre (ou l’unique lettre) est en majuscule quand le nom de l’unité est le nom d’un savant (ou dérive du nom d’un savant), la seconde lettre (voire la troisième) est toujours en minuscule ; dans tous les autres cas on utilise des minuscules. La seule exception est le litre.
    • volt : V (savant Volta)
    • pascal : P (savant Pascal)
    • mètre : m (ce n’est pas un savant)
    • seconde : s (ce n’est pas un savant)
  • 4.2 Lorsque l’on écrit le nom d’une unité en toutes lettres, c’est un nom commun : on ne doit pas mettre de majuscule
    le volt, l’ampère, le kilogramme, le pascal
  • 4.3 Les unités de vitesse : m/s (mètre par seconde : c’est une unité quotient et non mètre seconde), km/h (kilomètre par heure et non kilomètre heure), par contre m.s-1 (mètre seconde moins un : c’est une unité produit)
  • 4.4 L’unité de pression du système international est le pascal (Pa), il est préférable pour la pression atmosphérique d’utiliser l’hectopascal (hPa) plutôt que le millibar (mbar) ou le centimètre de mercure.
  • 4.5 La concentration massique d’une solution s’exprime en g/L ou en kg/L (ne pas oublier le par)

5- Echelles

  • 5.1 Dans les compétences transversales des programmes de physique-chimie du collège (cycle central et 3ème), il est indiqué : « construire un graphique en coordonnées cartésiennes à partir d’une série de données, les échelles étant données par le professeur »
  • 5.2 A proscrire : 1cm = 1°C (un centimètre est égal à un degré celsius)
  • 5.3 Utiliser 1cm <-> 1°C (représente ou équivaut à)
  • 5.4 Le macroscopique et le microscopique : leur signification n’est pas nécessairement la même en physique-chimie et en SVT.
    • En physique-chimie
      le terme macroscopique, s’il est employé, se rapportera aux substances chimiques que l’on fait réagir au cours d’une réaction chimique. Il sera traduit par un bilan littéral :
      carbone + dioxygène -> dioxyde de carbone
      le terme microscopique, s’il est employé, se rapportera aux atomes, aux molécules ou ions (ces particules ne seront pas visibles au microscope). Il sera traduit par une équation bilan :
      C + O2 -> CO2
    • En SVT
      le terme microscopique se rapportera en général à quelque chose de petit que l’on ne peut pas voir à l’œil nu et qui sera visible au microscope.

 Techniques de séparation

Ce
sont des procédés physiques (il n’y a pas modification de
la nature chimique des diverses substances), naturels ou conçus
par l’homme, qui permettent de séparer certains constituants
d’un mélange. Les principales techniques de séparation qui
peuvent être connues au collège sont :

  • la décantation
  • la sédimentation
  • la filtration
  • la centrifugation
  • la distillation
  • la chromatographie
 

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