Physique Chimie. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral pour interpréter les formules chimiques

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1 C est Niveau la représentation 4 ème 2. Document du professeur 1/6 Physique Chimie LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Programme Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hors série n 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de compétences au collège ( B.O. n 29 du 20 juillet 2006). A De l air qui nous entoure à la molécule LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Connaissances Capacités Exemples d'activités Lors des combustions, la disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits correspondent à un réarrangement d'atomes au sein de nouvelles molécules. Réaliser des modèles moléculaires pour les réactifs et les produits des combustions du carbone, du butane et/ou du méthane (aspect qualitatif et aspect quantitatif). Illustration à l'aide de modèles moléculaires compacts ou de simulations des réactifs et des produits des deux ou trois réactions chimiques suivantes : - carbone + dioxygène dioxyde de carbone ; - butane + dioxygène dioxyde de carbone + eau ; Les atomes sont représentés par des symboles, les molécules par des formules (O 2, H 2 O, CO 2, C 4 H 10 et/ou CH 4 ). L'équation de la réaction précise le sens de la transformation. Les atomes présents dans les produits (formés) sont de même nature et en même nombre que dans les réactifs. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral pour interpréter les formules chimiques Écrire les équations de réaction pour les combustions du carbone, du butane et/ou du méthane et expliquer leur signification (les atomes présents dans les produits formés sont de même nature et en même nombre que dans les réactifs). - méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau. Utilisation d un logiciel de présentation de molécules. [B2i] Pré requis de l élève o L élève sait ce qu est la transformation chimique. o L élève sait traduire une transformation chimique par une réaction chimique. Mots clefs o atome o équation o formule chimique o modèle moléculaire o molécule o réaction chimique o symbole chimique o transformation chimique la transformation chimique (page 1)

2 Prévoir Matériel Document du professeur 2/6 Poste élève Référence o Une boîte de modèles moléculaires compacts o Logiciel Equation (version établissement) o Logiciel Equachim (version établissement) Poste professeur o Modèles moléculaires sur tableau Remarques, astuces o Représenter les modèles moléculaires et les formules chimiques des molécules constitue un exercice que l élève de 4 ème maîtrise rapidement. o En revanche, l écriture d équations équilibrées représente une réelle difficulté. Il est nécessaire de compléter les deux (trois) équations du programme par d autres exemples et si possible d utiliser un logiciel d écriture d équations. o La maîtrise de cette écriture est d autant plus importante en classe de 4 ème que, dans le programme de 3 ème appliqué à la rentrée 2008, aucune équation ne figure chimie. o Attention à l utilisation du vocabulaire précis : Un système chimique est un mélange d espèces chimiques qui peut se décrire, à notre échelle, par la nature et la quantités des espèces en présence, leur état physique (solide, liquide ou gazeux), la température et la pression. Lorsque ce système évolue pour former des espèces nouvelles, le passage de l état initial à l état final s appelle une transformation chimique Une transformation chimique se traduit par une équation chimique qui s écrit en toutes lettres et dans laquelle n interviennent que les espèces réellement mises en jeu (en particulier dans le cas des réactions ioniques, les ions dits «spectateurs» ne sont pas écrits dans la réaction chimique) L équation chimique symbolise la réaction chimique : elle s écrit en utilisant les symboles et les formules et doit respecter la règle de conservation des atomes, La combustion du carbone se traduit pas la réaction chimique : carbone + dioxygène dioxyde de carbone qui se symbolise par l équation chimique : C + O 2 CO 2 La combustion du méthane se représente par l équation : CH O 2 CO H 2 O qui symbolise la réaction chimique méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau la transformation chimique (page 2)

3 Prolongements o La notion d atome n est pas nouvelle puisque des savants grecs du V ème siècle avant J.C. Leucippe et Démocriteavaient déjà imaginé que la matière était constituée de particules insécables ce qui, en grec, se dit «atomos». A cette époque, bien sûr, les notions de molécules et d atomes étaient confondues. Cette théorie tomba dans l oubli, des savants très réputés tel Aristote défendant la théorie des quatre éléments - l eau, la terre, l air et le feu -. Il fallut attendre le début du XIX ème siècle pour que la théorie atomique soit reprise, notamment dans l ouvrage intitulé «A new system of chemical philosophy» dû au chimiste britannique John Dalton ( ) et publié en Document du professeur 3/6 o La notation symbolique des éléments vit le jour peu après à l initiative du chimiste suédois Jöns Jakob Berzélius ( ). Elle était quelque peu différente de celle que nous connaissons aujourd hui. Ainsi un H barré voulait dire deux atomes d hydrogène. Un simple point représentait l oxygène, très employé dans les formules. o La modélisation atomique d une réaction chimique fut réalisée correctement pour la première fois par le Français Marc-Antoine Gaudin ( ) : Gaudin représente l atome d oxygène par un simple cercle et l atome d hydrogène par un cercle avec un point à l intérieur. Représentation de la synthèse de l eau par Gaudin. Pistes d évaluation Expérimentales - Construire les modèles moléculaires - Ranger la boîte de modèles moléculaires. Théoriques - Répondre à la question de l activité 1 - Compléter le tableau de l activité 2 - Compléter la conclusion des activités 1 et 2 - Répondre aux questions de l activité 3 - Ecrire l équation de la combustion du carbone - Répondre aux questions de l activité 4 - Ecrire l équation de la combustion du méthane - Compléter la conclusion des activités 3 et 4 la transformation chimique (page 3)

4 Nom : Prénom : Classe : Date : Document du professeur 4/6 Physique Chimie LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Objectifs : Savoir que les molécules sont constituées d atomes ; Écrire les formules chimiques de quelques molécules et les représenter par leur modèle moléculaire ; Traduire les combustions du carbone et du méthane par une équation. ACTIVITÉ 1 : Représentation de la molécule d eau Les molécules sont constituées d un nombre fini d atomes. On représente une molécule par sa formule chimique en utilisant les symboles des atomes ou par son modèle moléculaire dans lequel chaque espèce d atomes correspond à une sphère de couleur. Nom de Carbone Hydrogène Oxygène l atome Symbole C H O Modèle 1. Construire le modèle moléculaire d une molécule d eau à l image du modèle photographié ci-contre. 2. De quels atomes est composée une molécule d eau? Une molécule d eau est formée de deux atomes d hydrogène et d un atome d oxygène. 3. La molécule d eau est représentée par la formule chimique : Le nombre d atomes d une espèce donnée intervenant dans la formule d une molécule se note en indice à droite de l espèce considérée : ici, pour l hydrogène, le nombre d atomes est 2. Le nombre d atome d oxygène est 1 mais le nombre 1 ne s écrit jamais dans une formule. ACTIVITÉ 2 : Représentation d autres molécules En vous inspirant de l exemple de la molécule d eau, compléter le tableau. Nom de la molécule Composition atomique Modèle moléculaire Formule chimique Dioxygène o 2 atomes d oxygène O 2 Dioxyde de carbone o 1 atome de carbone o 2 atomes d oxygène CO 2 Méthane o 1 atome de carbone o 4 atomes d hydrogène CH 4 la transformation chimique (page 4)

5 Butane Document du professeur 5/6 o 4 atomes de carbone o 10 atomes d hydrogène C 4 H 10 Une molécule se représente par sa formule chimique ou son modèle moléculaire. La formule chimique de l eau s écrit H 2 O, celle du dioxygène O 2. Le dioxyde de carbone, le méthane et le butane ont respectivement comme formules chimiques C, CH 4 et C 4 H 10. ACTIVITÉ 3 : Écriture de l équation de combustion du carbone 1. La combustion du carbone est une transformation chimique au cours de laquelle des réactifs disparaissent et un produit apparaît. Elle se traduit par la réaction chimique : carbone + dioxygène dioxyde de carbone Quels sont les réactifs (espèces chimiques présentes avant la transformation)? Les réactifs sont le carbone et le dioxygène. Quel est le produit (espèce chimique présente après la transformation)? Le produit est le dioxyde de carbone. 2. Dans la réaction chimique écrite, comme il se doit, en toutes lettres ci-dessous, continuer à remplacer les noms des réactifs par leur modèle moléculaire puis par leur formule chimique. carbone + dioxygène dioxyde de carbone + C + O 2 CO 2 L écriture de la dernière ligne s appelle l équation de la réaction chimique. 3. Combien d atomes de carbone avez-vous écrit - dans les réactifs? un - dans les produits? un Combien d atomes d oxygène avez-vous écrit - dans les réactifs? deux - dans les produits? deux Que remarquez-vous? Il y a le même nombre d atomes de carbone et d oxygène dans les réactifs et dans le produit. Règle générale : Au cours d une transformation chimique, le nombre et la nature des atomes se conservent : les atomes des réactifs s associent différemment pour former le(s) produit(s). ACTIVITÉ 4 : Écriture de l équation de combustion du méthane 1. La combustion du méthane se traduit par la réaction chimique ci-dessous. méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Quels sont les réactifs? Les réactifs sont le méthane et le dioxygène. Quels sont les produits? Les produits sont le dioxyde de carbone et l eau. la transformation chimique (page 5)

6 Document du professeur 6/6 2. Dans l équation chimique commencée ci-dessous, continuer à remplacer les noms des réactifs par leur formule chimique. méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O L équation que vous venez d écrire n est pas équilibrée comme vous allez le vérifier. 3. Combien d atomes de carbone avez-vous écrit - dans les réactifs? un - dans les produits? un Combien d atomes d hydrogène avez-vous écrit - dans les réactifs? quatre - dans les produits? deux Combien d atomes d oxygène avez-vous écrit - dans les réactifs? deux - dans les produits? trois Que remarquez-vous? Il n y a pas le même nombre d atomes d hydrogène et d oxygène dans les réactifs et dans les produits. Il est donc nécessaire d équilibrer l équation de manière à ce que le nombre d atomes de chaque espèce soit le même dans les réactifs et dans les produits. 4. Il faut examiner chaque type d atome et compter : - Atomes de carbone : l équilibre est réalisé ; - Atomes d hydrogène : il y a 4 atomes d hydrogène dans CH 4 ; il est nécessaire de retrouver ces 4 atomes dans les produits c'est-à-dire ici dans l eau : Combien de molécules d eau faut-il écrire? Il faut en écrire deux. - Atomes d oxygène : après avoir écrit le nombre nécessaire de molécules d eau, compter les atomes d oxygène dans les produits (le dioxyde de carbone et l eau). Il y a 4 atomes d oxygène dans les produits (2 dans CO 2 et 2 dans 2 H 2 O) : il faut donc écrire 2 molécules de dioxygène soit 2 O 2. Compléter ci-dessous l écriture de l équation équilibrée ainsi que la représentation des modèles moléculaires correspondants. CH O 2 CO H 2 O Ranger la boîte de modèles moléculaires. Compléter la phrase suivante : «Lors de la combustion du méthane, une molécule de méthane réagit avec deux molécules de dioxygène et il se forme une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d eau.» Une réaction chimique se symbolise par une équation qui respecte la règle de conservation des atomes. La combustion du carbone se représente par l équation : C + O 2 CO 2 La combustion du méthane se traduit par l équation : CH O 2 CO H 2 O la transformation chimique (page 6)

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