La chimie est-elle obligatoire au lycée au Kansas ?
Pour obtenir son diplôme de fin d'études secondaires au Kansas, les étudiants doivent valider (3) trois unités de sciences, comprenant des concepts de sciences physiques, biologiques, de la terre et de l'espace, et incluant au moins une unité de cours en laboratoire. Si l'étudiant poursuit un diplôme de Scholar, il doit valider 3 années de sciences, avec une année de biologie, de chimie et de physique, chacune d'entre elles comprenant une période de laboratoire par semaine en moyenne.
Le Kansas est un État leader en matière de normes de la science de nouvelle génération (Next-Generation Science Standards - NGSS), ce qui signifie qu'il a joué un rôle central dans la conception du programme commun utilisé par de nombreux États pour guider leurs normes en matière d'éducation scientifique. À partir de la 8e année, les sujets de chimie abordés par les élèves comprennent :
Le STANDARD 2A: CHIMIE Le Point de repère 1: L'élève comprendra la structure de l'atome. L'élève développera une compréhension de la structure des atomes, des composés, des réactions chimiques et des interactions entre l'énergie et la matière. L'élève... 1. Comprend les atomes, les unités organisationnelles fondamentales de la matière, sont composés de particules subatomiques. Les chimistes s'intéressent principalement aux protons, aux électrons et aux neutrons présents dans l'atome. - 1a. Tous les atomes sont identifiés par le nombre de protons dans le noyau, c'est-à-dire le nombre atomique. Les protons ont une charge positive et une masse de 1 amu. Les protons et les neutrons se trouvent dans le noyau petit et dense. - 1b. Les neutrons ont une charge neutre et une masse de 1 amu. - 1c. Les électrons ont une charge négative et se trouvent à l'extérieur du noyau, dans un nuage électronique. La masse d'un électron est environ 2 000 fois plus petite que celle d'un proton. Les électrons déterminent la taille et les propriétés chimiques de l'atome. - 1d. Le nombre d'électrons est égal au nombre de protons dans un atome neutre. Les ions ont un nombre d'électrons différent du nombre de protons. 2. Comprend les isotopes qui sont des atomes ayant le même numéro atomique (le même nombre de protons) mais un nombre différent de neutrons. Les noyaux de certains atomes sont des isotopes radioactifs qui se désintègrent spontanément, libérant de l'énergie radioactive. - 2a. Le tableau périodique reflète la masse moyenne des isotopes. - 2b. Les exemples de radioactivité libérée sont les rayonnements alpha, bêta et gamma. - 2c. Certains isotopes se désintègrent spontanément selon un taux du premier ordre. Il existe une relation linéaire négative entre le logarithme de la concentration de l'isotope de l'échantillon et le temps. - 2d. Pour équilibrer une équation nucléaire, la somme des nombres atomiques et la somme des nombres de masse doivent être égales des deux côtés de l'équation.
Benchmark 2: The students will understand the states and properties of matter.
The student will develop an understanding of the structure of atoms, compounds, chemical reactions, and the interactions of energy and matter. The student …
- 1. Understands chemists use kinetic and potential energy to explain the physical and chemical properties of matter on earth that may exist in any of these three states: solids, liquids, and gases.
- 1a. Elements and molecules may exist as gases, liquids, or solids. Ionic compounds most commonly exist as solids.
- 1b. Intermolecular attraction (attraction between molecules) determines the state of the molecule. Examples of intermolecular attraction include hydrogen bonding, permanent dipole interaction, and induced dipole interaction. Gases have the weakest and solids have the greatest intermolecular attraction. The hydrogen bond is an intermolecular attraction responsible for the properties of water and many biological molecules.
- 2. Understands the periodic table lists elements according to increasing atomic number. This table organizes physical and chemical trends by groups, periods, and sub-categories.
- 2a. Elements in the same group have the same number of valence electrons and can be used to predict similar physical and chemical properties. Elements are grouped by similar ground state valence electron configurations.
- 2b. As periods increase, the principle energy levels of the outermost (valence) electrons increase Electrons changing from one energy level to another may result in the emission or absorption of various forms of electromagnetic radiation, including the range of colors that form visible light. When there is color, there are electrons changing energy levels.
- 2c. Sub-categories are regions such as metals, non-metals, and transition elements. Nonmetals have different physical and chemical properties than metals. For example, nonmetals have lower melting points, lower density, and are poorer conductors of electricity and heat. Chemical properties depend on the subshell of the valence electrons which are different for metals and non-metals.
- 3. Understands theories of bonding, chemical bonds result when valence electrons are transferred or shared between atoms. Breaking a chemical bond requires energy. Formation of a chemical bond releases energy. Ionic compounds result from atoms transferring electrons. Molecular compounds result from atoms sharing electrons. For example, carbon atoms can bond to each other in chains, rings, and branching networks. Branched network and metallic solids also result from bonding.
- 3a. Valence electron configurations determine whether an atom gains, loses, or shares electrons to achieve a more stable electron configuration similar to the noble gases.
- 3b. Positively charged ions are called cations, and negatively charged ions are called anions. Cations are attracted to anions (opposite charges attract). Most cations are metals; most anions are nonmetals. In stable ionic compounds, the sum of the charges is zero.
- 3c. Covalent bonds form when two or more atoms share one or more pairs of electrons to achieve a more stable electron configuration. The two classifications of covalent bonds are nonpolar and polar. The greater the electronegativity difference between atoms involved in the bond, the more polar the bond.
- 3d. The energy required to break ionic bonds is greater than the energy required to break covalent bonds. Heat exchange during a chemical reaction is often easily noticed: a reaction that absorbs heat will feel colder; a reaction that releases heat will feel warmer.
- 3e. Carbon atoms can bond to each other in chains, rings, and branching networks to form a variety of molecular structures including relatively large molecules essential to life. Diamonds, a 3-dimensional branching of carbon atoms and quartz, a repeated 3-dimensional branching of silicon dioxide molecules, are further examples of network solids. Unique properties of network solids include hardness, high melting points, poor conductors - indicative of covalent bonding and stable geometry.
- 3f. Metallic bonding is defined as free-roaming electrons forming a negative sea of electrons surrounding the positive metal ions.
Benchmark 3: L'étudiant comprendra le concept de base des réactions chimiques.
Les étudiants développeront une compréhension de la structure des atomes, des composés, des réactions chimiques et des interactions entre l'énergie et la matière. L'étudiant...
- 1. Comprend qu'une réaction chimique se produit lorsque une ou plusieurs substances (réactifs) réagissent pour former une ou plusieurs substances chimiques différentes (produits). Il existe différents types de réactions chimiques qui démontrent tous la loi de conservation de la matière et de l'énergie.
- 1a. Les réactions chimiques sont exprimées sous forme d'équations chimiques équilibrées. Dans les réactions chimiques ordinaires, le nombre et le type d'atomes doivent être conservés.
- 1b. Des exemples de réactions chimiques sont la synthèse, la décomposition, la combustion, les remplacements simple et double, les réactions acide/base et les réactions d'oxydation/réduction.
- 1c. Deux ou plusieurs des éléments suivants peuvent souvent identifier les réactions chimiques : changement de propriété physique, effervescence, changement de masse, précipitation, émission de lumière et échange thermique.
- 1d. La vitesse d'une réaction chimique dépend de paramètres tels que la température, la concentration, les catalyseurs, les inhibiteurs, la surface de contact et le type de réaction.
- 2. Comprend comment effectuer des calculs mathématiques concernant la loi de conservation de la matière, c'est-à-dire à travers les relations stœchiométriques.
- 2a. La stœchiométrie des réactions implique de comprendre l'utilisation des coefficients (moles) pour équilibrer les équations et résoudre diverses relations en utilisant la masse molaire des substances. Des exemples de ces types de relations incluent mole/mole, mole/masse, mole/volume, masse/volume, masse/masse, etc.
- 3. Comprend les différences et les réactions entre les acides, les bases et les sels. Effectue des calculs pour déterminer la concentration des ions dans les solutions.
- 3a. Les acides réagissent avec les bases pour produire de l'eau et du sel.
- 3b. Le pH est une fonction logarithmique de la concentration d'ions hydronium. Le pH diminue lorsque la concentration d'ions hydronium augmente. Le pOH et les concentrations d'hydroxyde sont déterminés de manière similaire.