Sciences et Technologie - Matière et introduction à la technologie - Synthèse - 13_09_2024 PDF

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Tous droits réservés Sciences et Technologie Matière et introduction à la technologie Synthèse du live Table des matières SCIENCES ET TECHNOLOGIE.......................................................................................................................... 1 MATIERE ET INTRODUCTION A LA TECHNOLOGIE................................................................................. 1 1. Les états de l’eau....................................................................................................................................... 1 2. Les changements d’état........................................................................................................................... 3 3. Les transformations chimiques.............................................................................................................. 4 4. Les ions et le pH........................................................................................................................................ 6 5. Introduction à la technologie.................................................................................................................. 8 6. Exercices...................................................................................................................................................... 9 Vous pouvez retrouver tous les programmes et liens sur le Padlet : https://padlet.com/laure_voirin/enseigner-les-sciences-l-cole-sxww2p0y62yjv5f9 1. LES ETATS DE L’EAU A. L’état solide Un solide a un volume propre et une forme propre. La forme et le volume d’un objet à l’état solide ne changent pas. On peut prendre un objet solide dans nos mains. Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés Exemple : des billes placées dans des contenants différents gardent leur forme et leur volume. La glace est constituée d’eau à l’état solide. B. L’état liquide Un liquide a un volume propre mais n’a pas de forme propre. Sa forme change car il s’adapte à son contenant. Un liquide placé dans deux contenants différents prend la forme de chaque contenant. L’eau que l’on boit, qui sort d’une bouteille ou d’un robinet est à l’état liquide. Nuage = état liquide C. L’état gazeux Un gaz est presque toujours invisible et occupe tout l’espace. Il n’a ni forme propre, ni volume propre. Sur l’image (ci-contre), on peut voir que le gaz a été coloré et placé dans deux contenants différents. Le gaz prend le volume et la forme de chaque contenant. L’eau contenue dans l’air est à l’état gazeux. C’est de la vapeur d’eau. Attention : l’affirmation « je vois de la vapeur d’eau » est incorrecte car la vapeur d’eau est un gaz invisible. = c'est la condensation qu'on voit, l'eau est redevenue liquide au contact d'une surface plus froide. Masse = quantité de matière contenue dans un objet, exprimé en kg, g, tonne... Poids = force exercée sur un objet en raison de la gravité, exprimé en Newton Volume = mesure de l'espace occupé Masse : 1 kg partout. Poids : Environ 9,81 N sur Terre (car P = 1 kg × 9,81 m/s2) Volume : Disons 1 litre (L), il reste 1 L quel que soit l'endroit où il se trouve. Les états de l’eau 2 sur 13  Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés 2. LES CHANGEMENTS D’ETAT A. La transformation physique Un changement d’état (transformation physique) est un passage d’un état à un autre. Il se produit principalement lors de changements de température. Exemple : dans le cas de l’eau : L’eau est à l’état solide en dessous de 0°C. L’eau est à l’état liquide entre 0 et 100°C. L’eau est à l’état gazeux (vapeur d’eau) au-dessus de 100°C. 0 et 100°C sont deux températures de changement d’état pour l’eau. B. Leurs noms Entre l’état solide et l’état liquide, on trouve : La solidification : passage de l’état liquide à l’état solide. La fusion : passage de l’état solide à l’état liquide. Pour passer de l’état liquide à l’état gazeux, on dit qu’il se produit une évaporation. Evaporation (ou) vaporisation : passage de l’état liquide à l’état gazeux. Liquéfaction : passage de l’état gazeux à l’état liquide. Condensation : passage de l’état gazeux à l’état solide ou liquide. Sublimation : passage de l’état solide à l’état gazeux. Pas à savoir C. Les états de l’eau sur Terre L’évaporation, la condensation et la fusion sont présents naturellement sur Terre. Les changements d’état 3 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés Dans la nature, l’eau est dans tous ces états : À l’état liquide dans les océans et les rivières ; À l’état solide dans les glaciers ; À l’état gazeux dans l’air après évaporation ; À l’état liquide par condensation et formation des nuages à partir de l’état gazeux ; À l’état liquide dans la pluie ; À l’état solide dans la neige, dans la grêle. Les trois états de l’eau (solide, liquide, gazeux) et leurs changements dans la nature vont permettre d’établir le cycle de l’eau. 3. LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES A. La différence entre une transformation physique et une transformation chimique En vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=xcI7J6c-xZc On appelle transformation chimique toute transformation au cours de laquelle des substances disparaissent et de nouvelles substances apparaissent. Une transformation chimique peut être modélisée par une réaction chimique : Les substances qui disparaissent pendant une transformation chimique sont appelées les réactifs. La ou les substances qui apparaissent pendant une transformation chimique sont appelées les produits. réactif 1 + réactif 2 → produit 1 + produit 2 En vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=oWK4PByUrT4 B. Les molécules et les atomes les plus fréquents Une molécule peut être composée d’un ou plusieurs atomes. Les transformations chimiques 4 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés Voici les atomes les plus fréquents : à savoir O : oxygène C : carbone H : hydrogène À partir de ces atomes, nous pouvons former une infinité de molécules, dont les plus connues sont : H2O : eau (2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène) CO2 : dioxyde de carbone (gaz carbonique) O2 : dioxygène (‘di’ pour 2 atomes) H2 : dihydrogène (‘di’ pour 2 atomes) CH4 : méthane C. Équilibrer une équation chimique « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme… » Lavoisier Pour équilibrer le nombre d’atomes dans une équation chimique, la règle consiste à rajouter des coefficients devant certaines molécules. Cette méthode permet d’ajuster le nombre de molécules de réactifs et/ou de produits, sans modifier leur formule et donc d’assurer la conservation des atomes. En vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=A18Recy5YCI Nous allons équilibrer cette équation ensemble : CH4 + O2 → CO2 + H2O On compte le nombre d’atomes chez les réactifs et produits : o Réactifs : 1C, 4H et 2O o Produits : 1C, 2H et 3O o Ce n’est donc pas équilibré pour les H et O On équilibre les H dans un premier temps en ajoutant un 2 devant H2O. o CH4 +2 O2 → CO2 + 2 H2O Les atomes de carbone et hydrogène sont équilibrés. On finit par les atomes d’oxygène. Les transformations chimiques 5 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés o Réactifs : 2O o Produits : 4O On place donc un 2 devant O2 pour équilibrer o CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O L’équation équilibrée est donc : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O 4. LES IONS ET LE PH A. Les ions Un ion est une espèce chimique qui provient d’un atome ou d’un groupe d’atomes. Un ion est une particule chargée électriquement et formée d’un atome ou d’un groupe d’atomes ayant gagné ou perdu un plusieurs électrons. B. Le lien entre les ions et le pH Le terme « pH » signifie potentiel hydrogène. Il indique l’acidité, la basicité ou la neutralité d’un produit. Si le pH est acide, alors il y a présence d’ions H+ Si le pH est basique, alors il a présence d’ions OH- C. La valeur du pH Le pH est une grandeur (sans unité) comprise entre 0 et 14. Un pH entre 0 et 7 est un pH acide (solution acide). Un pH à 7 est un pH neutre (solution neutre). Un pH entre 7 et 14 est un pH basique (solution basique). Les ions et le pH 6 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés D. Mesure le pH d’une solution On peut utiliser du papier pH ou un pH-mètre. Ce dernier sera beaucoup plus précis. Le besoin de précision est différent selon les cas. ATTENTION : certaines solutions au pH très élevé ou très bas sont dangereuses (acide chlorhydrique ou soude). Il faut les manipuler avec des gants et des lunettes de protection. Les ions et le pH 7 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés 5. INTRODUCTION A LA TECHNOLOGIE A. Les algorigrammes Un algorigramme est un diagramme qui permet de simplifier la compréhension du fonctionnement d’un objet automatisé (beaucoup plus simple qu’un texte explicatif). En vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=3ddNHvewfeo&t=66s B. Un exemple d’algorigramme Compléter la description du fonctionnement du système dont l’organigramme est représenté ci- contre. 1. Introduire le ticket du parking. 2. Si le ticket est valide et qu’il est introduit dans le bons sens, ……………………………………… En cas contraire, ……………………………………………. Il faut alors ressortir le ticket et recommencer l’étape 1. 3. Avec la barrière ouverte, la voiture peut passer. Si elle n’est pas passée, il faut ……………….. Lorsque la voiture est passée, il faut ………………………………. 4. Le système reprend à l’étape 1. Introduction à la technologie 8 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés Version complétée : 1. Introduire le ticket du parking. 2. Si le ticket est valide et qu’il est introduit dans le bons sens, le voyant vert s’allume et la barrière s’ouvre. En cas contraire, le voyant rouge s’allume et la barrière reste fermée. Il faut alors ressortir le ticket et recommencer l’étape 1. 3. Avec la barrière ouverte, la voiture peut passer. Si elle n’est pas passée, il faut maintenir la barrière ouverte. Lorsque la voiture est passée, il faut fermer la barrière. 4. Le système reprend à l’étape 1. 6. EXERCICES A. Équations chimiques à équilibrer H2 + O2 → H2O C7H16 + O2 → CO2 + H2O C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O B. Algorigrammes à compléter Exercice 1 : Un système de chauffage peut avoir deux états : arrêté ou en marche. Ces états dépendent de deux niveaux de température : Température minimale : 17°C Température maximale : 20°C C'est en fonction de ces deux niveaux de température que le système passe d'un état à l'autre. Compléter l'organigramme ci-dessous en vous aidant de la description détaillée du système. 1. Mise sous tension du dispositif de commande automatique du chauffage. 2. Le chauffage est arrêté. 3. Si la température est inférieure à 17°C, le chauffage est mis en marche. Si la température est supérieure à 20°C, le chauffage reste arrêté. Exercices 9 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés 4. Tant que la température reste inférieure à 20°C, le chauffage reste en état de marche. Lorsque la température dépasse 20°C, le chauffage est arrêté et l'on se retrouve à l'étape 2. Exercice 2 : À l'entrée d'un magasin, un système automatisé se charge de l'ouverture et de la fermeture des portes. Répondre aux questions suivantes : a. Une personne n’est pas détectée. Que se passe-t-il ? b. La personne présente n’est pas passée. Que se passe-t-il ? c. À quel moment doit-on actionner le vérin d’ouverture de la porte ? d. À quel moment doit-on actionner le vérin de fermeture de la porte ? Exercices 10 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés ---- ATTENTION – CORRIGÉS ---- Exercices 11 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés Équations chimiques : 2 H2 + O2 → 2 H2O C7H16 + 11 O2 → 7 CO2 + 8 H2O C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O Algorigrammes : Exercice 1 : A B A : mise en marche du chauffage. B : Température supérieure à 20°C ? Exercice 2 : a. Une personne n’est pas détectée. Que se passe-t-il ? → Il faut maintenir la porte fermée. b. La personne présente n’est pas passée. Que se passe-t-il ? → Il faut maintenir la porte ouverte. Exercices 12 sur 13 Matière et introduction à la technologie Tous droits réservés c. À quel moment doit-on actionner le vérin d’ouverture de la porte ? → Lorsqu’une personne est détectée. d. À quel moment doit-on actionner le vérin de fermeture de la porte ? → Lorsqu’une personne est passée. Exercices 13 sur 13