Chimie et savoir Introduction au cours de spécialité Master didactiques et interactions jflm Novembre 2006 (en présence de Cécilia CASTRO de Lyon1)

Qu’est-ce que la chimie Science concernée par La structure de la matière Ses propriétés Ses transformations Plus précisément La structure au niveau atomique (et pas sub atomique, ni cellulaire par ex.) Ses transformations faisant intervenir une modification au niveau atomique

Outil de description Modèles Représentations Description d’une liaison chimique Description de l’acidité Représentations Symbolique Langage de la chimie Théories empruntés à la physique Electrostatique Mécanique quantique

Intérêt de la chimie Satisfaire aux questions relatives à la description du monde qui nous entoure. Prévoir Des propriétés de substance n’existant pas forcément Des transformations qui se font, ou pas Produire les corps et les matériaux qui change notre environnement

Événement et phénomène Au sens large. Ce qui apparaît, ce qui se manifeste aux sens ou à la conscience, tant dans l'ordre physique que dans l'ordre psychique, et qui peut devenir l'objet d'un savoir. Ce que l'on observe ou constate par l'expérience et qui est susceptible de se répéter ou d'être reproduit et d'acquérir une valeur objective, universelle. Je distinguerai l’événement (= phénomène au sens large) du phénomène. Le phénomène requiert un choix dans l’observation Le fait que lors d’un mélange de deux liquides il y ait un trouble blanc ou de couleur sera pour moi un événement. Sa description en termes de « précipitation » sera un phénomène. La distinction entre les mots n’est pas très utilisée, mais il est essentiel de distinguer les notions correspondantes

Événement – Phénomène - modèle Le passage de l’événement au phénomène requiert un modèle Pourquoi s’intéresser au précipité, et pas à la couleur, si on n’a pas un modèle derrière la tête ?

Dualité macro – micro C’est une spécificité de la chimie La relation entre deux niveaux est générale en science Le niveau micro explique les phénomènes macro en chimie Le niveau des cellules explique les observations macro en bio Le niveau théorique explique les phénomènes en physique

Micro – macro - symbolique On peut expliquer la chimie avec les niveaux micro, macro et symbolique Jonhstone, 1993, J. Chem Educ. Macro Symbolique Micro (ou submicro)

Recherche d’analogies Les connaissances au niveau micro peuvent se construire par analogie Par analogie avec ce qui est connu du niveau macro Que l’analogie soit correcte ou pas A l’aide de règles de fonctionnement du niveau symbolique Les règles peuvent être ou nom justifiée par des lois Etc.

Résultat de la création des K sur les modèles en chimie Ce qui résulte du processus de création des K en chimie s’exprime par des représentations Concrètes (modèles moléculaires) Visuelles (graphes) Mathématiques En langage naturel Par des symboles spécifiques de la chimie

Transformation entre modes de représentations Le chimiste sais passer d’un mode (registre) de représentation à un autre. Ex. CH4 , méthane, Il faut des K pour cela Ces K doivent s’enseigner

Langage de la chimie Représenter les corps par des symboles est permanant dans l’histoire de la chimie Pourquoi H2O s’est-il imposé pour l’eau ? terre eau air feu

Comment enfermer l’immensité du monde dans la prison de quelques traits ? Il ne suffit pas d’étiqueter ou de dénommer. Il faut inventer ou construire un substantif qui coïncide avec la substance. Forme du triangle alchimique, symbole de Lavoisier Aspect voco-structural : il ne s’agit pas de conférer un nom à une chose, mais il faut que la réalité puisse se traduire, se refléter dans une appellation transparente qui ne la déforme pas et ou chacun puisse la reconnaître. Quelle réalité se traduit, et qui se reconnaît dans les symboles de l’eau ? Dagonet F. (2002). Tableaux et langages de la chimie Essais sur la représentation Coll. milieux – Champ Vallon – LeSeuil

Du mot au symbole Aspect pictural : si le mot échoue, comment le remplacer ? La formule : parfois insuffisant L’arrangement et les relations secrètes entre les parties L’analogie avec les proches, les semblables et les dérivés Il faut condenser toutes les propriétés tout en restant léger Ex. C6H4Cl2 Pourquoi la formule est-elle insuffisante ? Quelles sont les relations entre les parties Quelle analogie y a-t-il avec les proches

Dagonet (p.7) Il faut partir de Lavoisier, qui alluma l’incendie de la révolution chimique sémantique et ordinatrice. Quelle révolution ? Pourquoi sémantique et ordinatrice ?

Révolution chimique sémantique et ordinatrice Changement de principes Suppression du phlogistique, Introduction de la notion d’élément chimique Fondation de la thermochimie (Mémoire sur la chaleur 1780) Introduction de lois de conservation Introduction d’une nouvelle nomenclature Sel de mer / chlorure de sodium Huile de vitriol / acide sulfurique Esprit de sel / acide chlorhydrique Sel polychreste de Glaser Teinture de Ludovic Liqueur de Libavius

Critique du système Lavoisien Sa rigueur est aussi une raideur, par ce que de nature associationniste (cation anion) Le système a des erreurs (il place l’oxygène au centre, les métaux à l’origine des acides) Un système de K qui possède des erreurs permet-il de construire des K correctes ?

Développement des K en chimie et production de modèles

Nature des modèles Les modèles sont des productions de la science. Les modèles sont des connaissances d’un type particulier Ils permettent la définition de concepts Ils organisent les observations Etc.

Ex. Modéliser l’acidité A l’origine acide = qui a un goût acide, piquant (acidus = aigre, acide). Dans la théorie de Bronsted (1923) Un acide libère H+, et une base capte H+. Ce modèle est un ensemble de K produit par la science. Il permet de définir : ce qui est un acide et ce qui n’en n’est pas un. Ce qui est une base ce qui n’en n’est pas une. Il fournit une relation entre l’acide et la base

Produire des K en chimie nécessite des modèles Ex. Acide Modèle de Liebig : Un acide déplace les métaux des sel (Na+ du sel CH3COONa est remplacé par H+ (et donne CH3COOH) en présence de l’acide HCl). Modèle d’Arrhenius (Prix Nobel 1903): tout acide libère H+, toute base libère HO-. Modèle de Bronsted (1923) : tout acide libère H+, toute base capte H+. On ne produit pas les même K avec les trois modèles Ex. Ammoniac : NH3 pour Bronsted, et NH4OH pour Arrhenius H2O est une base pour Bronsted, pas pour Arrhenius.

Communiquer des K nécessite des modèles Que peut-on dire du gaz chlore sans modèle ? Il est vert, toxique, avec une odeur âcre. Il réagit avec le fer, mais pas avec l’or. On reste au niveau des faits. Avec des modèles On peut donner sa formule (Cl2 et non Cl) – modèle atomique. On peut dire pourquoi il est coloré alors que N2 ne l’est pas – modèle des orbitales moléculaire. On peut dire pourquoi il réagit avec le fer et pas avec l’or – modèle de l’oydoréduction.

Évolution des modèles Les modèles ne sont pas figés Ex. Modèles sur l’acidité Le modèle se transforme avec : Des observations plus nombreuses et plus précises L’accès à d’autres champs expérimentaux Le besoin de généraliser La modification des paradigmes de la physique (physique quantique).

Augmentation du nombre d’observations Ex. Substitution en chimie organique CH3 Br + HO- → CH3OH + Br- La substitution est un remplacement (observations analytiques) La substitution peut être d’ordre 1 ou 2 (observations cinétiques) Des groupes proche de C peuvent modifier le déroulement de la substitution (observation sur de nouveau substrats).

Effet de la modification des paradigmes de la physique Description classique On représente la substitution avec des flèches courbes Description quantique On explique pourquoi tel ou tel facteur influe sur le déroulement de la substitution Possibilité de calculer l’énergie du système

Juste ou faux Il n’est pas pertinent de dire qu’un modèle est juste ou faux. Certains modèles « faux » au regard du savoir de référence actuel on permis de grande découverte. Ex. La classification périodique a été établie en partant sur la base de la relation de classement avec la masse atomique (alors que c’est in correct), c’est avec le numéro atomique qu’il faut effectuer le classement.

Modèles et chimistes

Les modèles sont omniprésents Le chimiste ne se rend pas compte qu’il est tout le temps en train d’utiliser des modèles. Pour évoquer les molécules Pour parler des réactions Pour effectuer des mesures Pour prévoir Etc. Toutes les explications des chimistes possède un haut niveau d’abstraction

Utilisation des modèles par les chimistes Visualisation des entités Descriptions des propriétés des entités Visualisation des processus impliquant ces entités Planification des activités expérimentales Support des raisonnements Construction des K

Modèle et théorie Grâce au modèle, le chimiste peut appliquer les théories de la physique sur les systèmes étudiés Ex. en oxydoréduction Modèle du transfert d’électron entre couples redox et de potentiel (relation de Nernst) Théorie de l’électricité sur le courant circulant quand deux points ne sont pas au même potentiel. Cette théorie n’est pas utilisable si l’on modélise la réaction redox comme un transfère d’oxygène.

Besoins du chimiste Le chimiste a besoin de représenter ses idées : Sous forme visuelle (représentations symbolique, graphique, etc.) Sous forme mathématique (fonction d’onde, relation de Nernst, etc.) Sous forme de langage naturel De nombreux modèles (abstraits) de la chimie ont eu des contreparties concrètes, notamment avec les modèles moléculaires

Modèles moléculaires Les modèles moléculaires sont indispensables pour communiquer la chimie (entre experts, et dans l’enseignement) mais aussi pour le chimiste lui-même dans sa réflexion dans nombreux domaines de la chimie. Stéréochimie Propriétés de la matière Réactivité

Types de modèles moléculaires Sphère durs Boules et bâtons Modèles squelettes Modèles polyédriques Modèles informatiques

Modèles polyèdres

Modèles informatiques L’animation résulte de l’optimisation d’un chemin réactionnel Nouvelle possibilité d’utilisation des modèles moléculaires en recherche et surtout dans l’enseignement

Modèles - Théories et programme de recherche Lakatos

Évolution des théories scientifiques    Les scientifiques ne décrivent pas la réalité telle qu'elle est. Si c'était le cas, il n'y aurait plus lieu de réviser leurs théories et de les faire évoluer ; elles seraient achevées. Or, un simple regard sur l'histoire des théories dites scientifiques met plutôt en évidence leurs régulières remises en question. http://revue.de.livres.free.fr/cr/lakatos.html

Qu’est ce qui distingue théorie scientifique des autres théories ? Critère de réfutabilité (une théorie est scientifique si elle est réfutable). Le scientifique fonctionnerait par une succession de conjectures / réfutation

Faiblesse de l’approche conjecture / réfutation A leur début, les théories scientifiques sont mal construites dont facilement réfutables. Il se trouve qu’on préfère négliger les résultats expérimentaux qui conduirait à la réfutation des théories. (cas de l’établissement de la classification périodique) Sinon, on n’avancerait pas. L’observation à la source de la réfutation peut elle-même être incorrecte et qu’on ne le découvre que plus tard.

Programme de recherche - Lakatos Si l'activité scientifique ne consiste pas uniquement à réfuter des théories ou à les corroborer, qu’est-ce qui la caractérise ? Imre Lakatos introduit la notion de programme de recherche : = principe heuristique basé sur un noyau dur déclaré irréfutable et qui définit des règles méthodologiques sur les voies de recherche à éviter (heuristique négative) ou à poursuivre (heuristique positive).

Heuristique positive et négative L'heuristique négative essaye d'éliminer les anomalies que peut rencontrer une théorie en modifiant certaines hypothèses auxiliaires tout en se gardant bien de changer le noyau dur. L'heuristique positive s'occupe peu des anomalies mais développe autour du noyau dur des modèles de plus en plus sophistiqués afin de rendre compte de mieux en mieux de la réalité. Heuristique = qui sert à la découverte

Cas du développement du modèle quantique en chimie Au début : les moyens de calculs étaient modestes, les prédictions souvent fausses. On conserve les postulats de la mécanique Q, on supprime certaines notions (heuristique négatives) et on améliore les techniques de calcul (heuristique positive) profitant de l’augmentation de la puissance des ordinateurs Les prédictions sont de plus en plus proches de la réalité.

Modélisation en didactique de la chimie Point de vue de l’élève

Importance dans l’enseignement Les modèles ont un tel rôle en chimie qu’il est essentiel de les considérer dans l’apprentissage. Apprendre la chimie requiert: La présentation des principaux modèles produits par les chimistes, leur portée, leurs limites; D’apprécier leur rôle dans la validation et la disséminations des résultats des recherches en chimie; De créer et de tester des modèles produit pas un groupe ou un individu.

Principaux modèles produits De nombreux modèles sont devenus obsolètes Vision mécanique des atomes. Ex. Atomes d’acide de forme piquante Phlogistique. Un des éléments contenu en plus ou moins grande quantité dans les substances et qui se transmet lors de certaines réaction chimique C + oxyde de fer → CO2 + Fe C perd sont phlogistique, et Fe en gagne, puis le perdra en s’oxydant.

Portée et limite d’un modèle Pour Lavoisier, l’oxygène est un élément constituant des acides Oxygène = oxy (acide) gène (propre à générer) Lavoisier désigne l'air vital sous le nom de principe «oxygène» ou propre à engendrer les acides HNO3, H3PO4, H2SO4 résulte de l’oxydation de l’azote, du phosphore ou du soufre. Limite : Ca en brûlant donne CaO (la chaux) qui est une base. Les théories de l’acidité de Arrhenius ou Bronsted dépasseront cette limite.

Rôle dans la validation des résultats des recherches Si un résultat ne peut être interprété par un modèle il faut remettre en question : Le résultat Le modèle Structure du carbone (Vant’ Hoff)

Premier prix Nobel de Chimie en 1901 A SUGGESTION LOOKING TO THE EXTENSION INTO SPACE OF THE STRUCTURAL FORMULAS AT PRESENT USED IN CHEMISTRY. AND A NOTE UPON THE RELATION BETWEEN THE OPTICAL ACTIVITY AND THE CHEMICAL CONSTITUTION OF ORGANIC COMPOUNDS. Jacobus Henricus van 't Hoff Archives neerlandaises des sciences exactes et naturelles volume 9, p. 445-454 (September 1874) Van’t Hoff (1852 - 1911 ) il a 22 ans ! Premier prix Nobel de Chimie en 1901

Problématique de l’article Que peut-on dire (du point de vue de la modélisation) de : It appears more and more that the present constitutional formulas are incapable of explaining certain cases of isomerism; the reason for this is perhaps the fact that we need a more definite statement about the actual positions of the atoms. It appears more en more ( nouveaux résultats) Constitutional formas are incapable of explaining (représentation, basée sur un modèle on une limite qui n’est plus acceptable au regard des nouveaux résultats) Se need a modre definite statement (recherche d’un nouveau modèle)

If we suppose that the atoms lie in a plane, as for example with isobutyl alcohol (Figure I) where the four affinities are represented by four lines in this plane occupying two directions perpendicular to one another, […] Van’t Hoff arrive au fait qu’il y a 2 isomères (optiques) de cet alcool. Or 1 seul est connu […] thus far

The theory is brought into accord with the facts if we consider the affinities of the carbon atom directed toward the corners of a tetrahedron of which the carbon atom itself occupies the center. The number of isomers is then reduced and will be as follows …

Limite du modèle Thus far we have considered the influence of the hypothesis upon compounds in which the carbon atoms are united by a single affinity only, (leaving out some aromatic bodies )… Nécessite une extension du modèle (formule de résonance)

Créer et tester des modèles comment ? Pourquoi ? Comment : rédiger un « Texte du modèle » (ex en 1S) La matière est électriquement neutre. Lorsqu’elle est constituée d’ions, les charges positives des cations et des anions se compensent. Une solution aqueuse ionique, est constitués d’anions et de cations dispersés parmi les molécules d’eau. Les ions ne peuvent pas être séparés du solvant par filtration. … Pourquoi Limiter la réflexion lors de l’introduction d’un concept Apporter des définitions (à apprendre) aux élèves Forcer la relation prof – élève autour de règles partagées.

Mise en œuvre en classe du texte d’un modèle Lecture difficile pour l’élève. A associer à une activité qui utilise le texte A réutiliser souvent (autres activités, exercices, explications). Ne pas expliquer avec d’autres arguments que ceux du modèle Difficile pour le professeur

Comment les élèves voient les modèles

Trois niveaux Le modèle est une copie de la réalité / certains aspects de la réalité sont retirés. Le modèle est créer avec un but / beaucoup d’aspect de la réalité sont retirés / Le fait que le modèle est copie de la réalité domine (expert) Le modèle est créé pour tester des idées / il a un rôle actif dans la construction des K / il peut être testé et changé

Conséquences La copie de la réalité conduit à donnée aux objets du modèle des propriétés qu’il n’a pas : Une couleur pour les atomes Une taille croissante avec le nombre d’électrons qui le constituent

Évolution du rayon des atomes dans la classification périodique (bloc S et P)

Origine des difficultés Le modèle décrit la réalité (sans être une copie), il n’y a qu’un pas pour penser que « c’est la réalité », ou que c’est un « modèle réduit » de la réalité. Le vocabulaire utilisé peut être une difficulté Couche électronique Neutralisation d’un acide Etc.

Secondary students' mental models of atoms and molecules: Implications for teaching chemistryAllan G. Harrison *, David F. Treagust Science Education 509 - 534 This interview-based study probed 48 Grade 8-10 students' mental models of atoms and molecules and found that many of these students preferred models that are both discrete and concrete. Most younger science students have difficulty separating models from reality. Several students concluded that atoms can reproduce and grow and that atomic nuclei divide. Electron shells were visualized as shells that enclosed and protected atoms, while electron clouds were structures in which electrons were embedded. It is recommended that teachers develop student modeling skills and that they discuss analogical models, including shared and unshared attributes, with their students

Variété des modèles Différents modèles sont utiliser pour décrire un même objet / phénomène Difficulté pour s’y retrouver Difficultés pour passer des uns aux l’autres Ex. Modélisation d’un cristal Modélisation en termes mathématique (réseau, maille, etc.) Modélisation en termes de sphère dures Modélisation énergétique Théorie des bandes

Variété des représentation pour un même modèle Exemple avec NaCl

Modèle 3D / 2D Voir l’article de Laurence Viennot dans le dernier Didaskalia

Modèles hybrides L’enseignant peut utiliser des attributs de différents modèles (historique) pour constituer son modèle (d’enseignement) (Justi, Gilbert) Ex en cinétique chimique (voir partie suivante)

Les modèles de la vitesse de réaction chimique

Lexique utilisé pour la présentation J’utilise des termes modernes Le sens de ces mots a changé avec les théories

Le modèle anthopomorphique de la cinétique chimique Les choses sont comme les personnes. Elles aiment, elles détestent C’est la théorie des affinités chimiques Le terme est resté (A = -DrG) mais a changé de sens Pour les philosophes grecs, il devait y avoir quelque chose comme de l’amour entre les choses. L’affinité est une sorte de force sélective entre les choses qui s’aiment

Modèle corpusculaire des affinités Boyle et Newton relient l’affinité à des particules microscopiques Formes particulière des particules pour adhérer ou non les unes aux autres Il ne s’agit pas de force entre particules C’est la première fois que ce qui conduit à la réaction chimique est interprété en termes de propriétés de corpuscules La vitesse de réaction est lié à la différence d’affinité entre corpuscule. On montre que la température modifie l’affinité entre les corpuscules. Des tables d’affinités sont établies Berzelius (1779 – 1848) introduit le terme de catalyseur (1837) Pas de traitement mathématique entre énergie et vitesse de réaction

Au début du XIXe Premières synthèses organiques 1828, par chauffage du cyanate d’ammonium (NH4+ OCN-) Whöler obtient l’urée O=C(NH2)2 Réactions lentes Le problème de la vitesse de la réaction se pose

Premier traitement quantitatif On se pose la question de l’interprétation de la variation exponentielle de la vitesse 1850 : mathématisation par Wihlkelmy de l’interprétation de l’inversion su saccharose

Inversion du saccharose Saccharose + H2O → Glucose + fructose Nécessité d’une grandeur pour suivre la réaction angle de rotation de la lumière polarisée) et d’une loi pour relier la grandeur à la concentration loi de Biot : a = S [ai] ci saccharose 66,5° glucose 52° Fructose -93°

Premier traitement quantitatif (suite) Mathématisation par Wihlkelmy Première loi de vitesse C’est la première interprétation non empirique C’est le début de la chimie-physique Puis Berthelot et De Saint Gilles étudie l’estérification La vitesse de réaction est considérée comme dépendant de la quantité de matière à réagir Rien n’est dit sur la catalyse

Mécanismes réactionnels Collaboration entre Harcourt - chimiste - et Hesson - mathématicien (1865) Pour Harcourt, il y a des interactions par étape. Recherche d’analogie entre réaction et lois de la mécanique Réaction du 1er et 2e ordre ; étapes réactionnelles. Intégrations d’équations différentielles Modèle prédictif Relation empirique entre la température et la vitesse de réaction Influence de la température sur le mouvement des molécules Les réactions chimiques ne peuvent avoir lieu à 0 K Ostwald interprète le phénomène de catalyse avec ce modèle (1909) Existence d’un autre chemin réactionnel emprunté par le catalyseur Possibilité de catalyse négative (inhibiteur) Absence de preuves expérimentales sur l’observation des intermédiaires réactionnels

Modèle thermodynamique On reprend les hypothèses de la réaction par étape On ajoute la notion de collisions entre molécules ayant une énergie suffisante Effet de la température Ce n’est pas l’origine de la réaction, mais l’origine du changement de vitesse. L’énergie de la réaction (DrH°) n’est pas forcément indépendant de la réaction (Van’t Hoff, 1896). Etude de réactions directes et inverses. La température n’est pas seulement responsable de la plus grande fréquence des chocs mais de l’énergie plus grande des chocs Arrhénius, 1889) Notion de barrière d’énergie. Point non abordés : Comment les molécules acquièrent-elles leur énergie ‘suffisante’. La barrière d’énergie n’est pas accessible à la théorie

Barrière d’énergie k = A exp(Ea / RT) énergie Barrière d’énergie : Ea réactif produit Le calcul de la valeur de la barrière d’énergie est pas accessible à la théorie C’est une valeur empirique

Modèle cinétique Comment les collisions ont-elles lieu ? Cadre du modèle cinétique des gaz Molécule = sphère dure La fréquence et l’énergie des collisions est accessible au calcul L’orientation des molécules au moment du choc est prise en compte (facteur stérique « A » dans l’équation d’Arrhénius). Seule une fraction des chocs sont efficaces k = A exp(Ea / RT)

Modèle de la mécanique statistique Distribution statistique des vitesses moléculaires Energie critique à partir de laquelle la réaction a lieu Surface d’énergie potentielle

Surface d’énergie potentielle État activé État final État initial Coordonnée de réaction

Energie potentielle de quoi ? Etude de l’énergie du système Cl + H2 = HCl + H Cl H H Cl H H Cl H H Etat initial Etats intermédiaires Etats finals

Résultats de la théorie La théorie retrouve la dépendance en température d’Arrhénius Notion de réaction en chaîne (Bodenstein) Des atomes (Nernst) ou des radicaux (Taylor) peuvent être des intermédiaires

Modèle du complexe activé Articulation de la thermodynamique, de la cinétique et de la physique statistique. La connaissance de la vitesse de réaction permet de comprendre comment la réaction se déroule. Seules une partie des molécules sont au col de la surface d’énergie potentielle. Prise en compte simultanée de répartition statistique et de mécanisme microscopique (Evans, Polanyi, Eyring 1935 - 1938). Pour la première fois, les grandeurs thermodynamiques et cinétiques sont en relation.

Hypothèse de base de la théorie L’état activé est en équilibre avec E Hypothèse de base de la théorie L’état activé est en équilibre avec E.I. et E.F. Avancement Énergie (macroscopique) A + BC AB + C ABC DG‡ DG0 C.R. Ep A + BC AB + C ABC

Expression de la constante de vitesse Avancement E A + BC AB + C ABC DG‡ K‡ = [ABC] / [A] [BC] traitement statistique : k = kBT K‡ / h K‡ = exp (-DG‡ / RT) = exp (DS‡ / R) exp (-DH‡ / RT) k = kBT/h eDS‡ / R e -DH‡ / RT

Modèle du complexe activé Prise en compte simultanée de répartition statistique et de mécanisme microscopique (Evans, Polanyi, Eyring 1935 - 1938). Pour la première fois, les grandeurs thermodynamiques et cinétiques sont en relation.

Analyse du programme de 2nde

II - Constitution de la matière (4 TP, 8 h en classe entière) Objectifs Cette deuxième partie donne une description microscopique de la matière à l’aide de modèles simples pour la constitution des atomes, des ions et des molécules et introduit le concept d’élément et de sa conservation au cours d’une transformation chimique. L’enseignant sensibilise l’élève à la notion de modèle et à ses limites : modèle de l’atome, modèle du cortège électronique pour l’atome et modèle de Lewis de la liaison covalente pour les molécules. Les modèles mis en place permettent de rendre compte de la formule et de la géométrie des molécules (et éventuellement de les prévoir). Dans une molécule la disposition relative des atomes est interprétée comme résultant de la minimisation des interactions répulsives entre paires d’électrons autour d’un atome central.

Question sur le texte précédent Combien de modèles sont envisagés ? Quelle interaction y a-t-il entre les différents modèles ? Quels rôles sont donnés aux modèles.

Modèles dans l’enseignement Point de vue de l’enseignant

On peut penser que l’enseignant doit avoir un point de vue large et clair sur La nature des modèles La façon dont les étudiants construisent leur propres modèles mentaux La façon dont on peut introduire les modèles scientifiques en classe La façon de développer des modèles pédagogiques en classes

Enquête sur les professeur Tous reconnaissent que les modèles sont des outils essentiels en science. La moitié seulement pense que les modèles sont des produits de l’activité scientifique. Les enseignants sont souvent au niveau 1 et 2 de modélisation (vus précédemment)

Professeurs et manuels Les professeurs peuvent citer peu de modèles alors qu’ils y en a de grandes quantités dans les manuels des élèves.