Rappels de 4ème de chimie

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1 Chapitre I La conduction des métaux I] Rappels de 4ème Rappels de 4ème de chimie La matière représente l ensemble des matériaux qui nous entoure. Elle existe sous 3 états différents : l état solide, l état liquide et l état gazeux. La matière est constituée de petites particules appelées molécules. Selon l état de la matière, ces molécules ne sont pas disposées de la même façon : - Dans les matières solides, les molécules sont immobiles, collées et bien ordonnées. - Les matières liquides sont constituées de molécules serrées sans être collées, un peu agitées et un peu désordonnées. - Les matières gazeuses sont constituées de molécules éloignées, très agitées et très désordonnées. Chaque molécule est constituée de petites particules appelées des atomes. Il existe une centaine d atomes différents. Chaque atome est représenté par un symbole composé d une lettre majuscule ou de 2 lettres, la 1ère en majuscule et la seconde en minuscule.. Les symboles des atomes à connaître sont : Le symbole de l atome de carbone est C et celui de l atome d oxygène est O., celui de l atome d hydrogène est H Une molécule est représentée par sa formule chimique qui regroupe le nombre et le type d atomes rencontrés dans la molécule. Les formules chimiques des molécules à connaître sont : - H2O pour la molécule d eau : elle est donc constituée de deux atomes d hydrogène et un d oxygène. - O2 pour la molécule de dioxygène : elle est constituée de deux atomes d oxygène. - CO2 pour la molécule de dioxyde de carbone : elle est constituée de deux atomes d oxygène et un de carbone. - CH4 pour la molécule de méthane : elle est constituée d un atome de carbone et quatre atomes d hydrogène.

2 Pendant une transformation chimique, on distingue les substances qui disparaissent appelées les réactifs et celles qui apparaissent appelées les produits. Une transformation chimique est la transformation des molécules des réactifs en molécules de produits. Lors de toutes les transformations chimiques, il y a conservation des atomes, c est à dire qu il y a le même nombre et le même type d atomes dans les réactifs et les produits. Chaque transformation chimique se traduit par une équation chimique dans laquelle il doit y avoir le même nombre et la même sorte d atomes dans les réactifs et les produits. Une équation chimique s écrit avec des signes +, une flèche et le nombre et la formule chimique de chaque molécule disparaissant et se formant lors de la transformation chimique. A gauche de la flèche, figurent toujours les formules chimiques des réactifs et leur nombre alors que l on écrit les formules chimiques des produits et leur nombre à droite de la flèche. Ex : Lors de la combustion du carbone dans le dioxygène, l équation chimique de la transformation chimique s écrit : C + O2 CO2 Elle se lit de la façon suivante : Un atome de carbone et une molécule de dioxygène réagissent pour former une molécule de dioxyde de carbone. Ex : Lors de la combustion du méthane dans le dioxygène, l équation chimique de la transformation chimique s écrit : CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Elle se lit de la façon suivante : Une molécule de méthane et deux molécules de dioxygène réagissent pour former une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d eau.

3 II] Séparation des métaux des autres matériaux TP n 1 : Séparation des métaux et des autres matériaux Le but de ce TP est de réaliser un montage avec lequel on va pouvoir séparer les métaux des autres matériaux. Quelle propriété des métaux utilises-tu dans cette expérience? Les métaux laissent passer le courant électrique contrairement aux autres matériaux solides. Schéma de l expérience matériau G Observations Si la lampe s allume, le courant électrique passe donc le matériau est un métal. Si elle ne s allume pas, le matériau n est pas un métal. Conclusion : Pour reconnaître un métal d un autre matériau solide, on réalise un test de conductivité car les métaux sont les seuls solides à être conducteurs.

4 III] Comment faire la différence entre les métaux? Activité 1 p 62 D après les tests réalisés Métal Zinc Fer Cuivre Aluminium Or Argent Symbole Zn Fe Cu Al Au Ag Câbles Gouttières Bâtiments électriques Domaines et piles et et tuyaux d utilisation électriques automobiles de gaz et d eau Quelle est la couleur avant l expositio n à l air? Quelle est la couleur après exposition à l air humide? Quel est l aspect après exposition à l air humide? Le métal est-il attiré par un aimant? Câbles haute tension, Bijoux, Bijoux, trains, électronique pièces avions, emballages Gris Gris foncé Rouge orangé Blanc brillant Jaune brillant Blanc argenté Gris et blanc Gris et rouille Noir et vert-degris Blanc moins brillant Jaune brillant Blanc argenté et noir Il ternit Rongé par la rouille Noircit et verdit Plus mat Garde le même aspect Noircit un peu Non Oui Non Non Non Non Conclusion : - Le fer se reconnaît facilement car il est attiré par un aimant. - Le cuivre se reconnaît à sa couleur rouge-orangé. - L or ne s oxyde pas, il reste jaune brillant. - L aluminium est gris blanc et très léger.

5 Les différents domaines d utilisation des métaux La corrosion des métaux Laissés à l air libre, sous l action du dioxygène de l air, les métaux se comportent différemment : -Le fer s oxyde : il se transforme en rouille qui est poreuse et laisse donc la destruction du fer se poursuivre en profondeur et ce, d autant plus qu il se trouve dans un environnement plus humide. -Le cuivre se couvre d une pellicule verte de «vert-de-gris» qui le protège. -L argent se ternit et devient noirâtre peu à peu mais uniquement en surface. -L aluminium et le zinc se ternissent également en s oxydant mais la couche d oxyde formée les protège d une attaque en profondeur -L or résiste à la corrosion.

6 IV] Les constituants de l atome 1. Histoire de l atome Histoire des sciences : la vision de la matière de l an jusqu à nos jours 450 av J-C Dans la Grèce antique, il y a presque ans, le philosophe grec Leucippe et son disciple Démocrite ont suggéré que toute matière était composée de particules infimes et invisibles à l'oeil nu. En admettant que l'on puisse briser un objet en fragments plus en plus petits, raisonnaient-ils, il y a forcément un moment où l'on atteint le plus petit morceau de matière qu'il soit possible de casser. L'atome était le plus petit morceau de matière que l'on pouvait isoler. Les atomes ne diffèrent que par leur forme. C'est cette forme qui explique les sensations de goût (des particules pointues donnent une sensation piquante, des particules sphériques une sensation sucrée), les odeurs et les propriétés (les particules pointues des acides expliquent pourquoi ceux ci peuvent attaquer les métaux). 350 av J-C Aristote a vécu un peu après Démocrite. C était un philosophe influent à son époque et il n acceptait pas le modèle de la discontinuité proposé par Démocrite : selon lui, le vide ne peut pas exister. La théorie proposée par Aristote classe la matière en 4 éléments : - le feu (chaud et sec) - l'air (chaud et humide) - l'eau (froid et humide) - la terre (froid et sec) Les transformations subies par la matière sont dues au passage d'un élément à un autre élément. Par exemple : la pluie est le passage de l'air à l'eau. Un morceau de bois qui brûle correspond au passage de la terre au feu. La fumée du feu à l'air, etc. C est cette dernière théorie qui fut adoptée pendant près de 2000 ans!

7 1808 Joseph Dalton (rien à voir avec Lucky Luke) démontre en 1808 que deux gaz quelconques se combinent toujours dans des proportions de poids simples. Ainsi 1 g d'hydrogène réagit avec 8 g d'oxygène pour former 9 g d'eau. Selon Dalton, ces résultats s'expliquent si l'on suppose que la matière est constituée des petites particules invisibles imaginées par les Grecs. A chaque élément chimique (comme l'oxygène, l'hydrogène, le carbone, l'azote, le fer...) correspond un type d'atomes avec un poids bien défini. Les gaz réagissent selon des rapports de poids simples (exemple : 12 g de carbone réagiront avec 32 g de dioxygène) parce que les atomes dont ils sont constitués se mélangent selon des proportions simples et entières comme des billes. Beaucoup de scientifiques apporteront leur pierre à cet édifice et contribueront à la création de la chimie moderne. Nous pouvons citer ; Cavendish ( ), Scheele ( ), Priestley ( ), Black ( ), Lavoisier ( )... La matière est constituée de petites particules distinctes, appelées des atomes, séparées par des espaces vides 1832 Le problème : En admettant que la matière soit composée de ces minuscules atomes, comment parviennent-ils à se lier pour former de nouveaux corps? La solution : Michael Faraday fait passer un courant électrique dans une cuve remplie d'eau et constate que de l'hydrogène se dégage au-dessus de l'électrode négative tandis que de l'oxygène se dégage au-dessus de l'électrode positive. Le courant électrique scinde (scinder = couper) apparemment l'eau en ses deux éléments chimiques de base. La force qui lie les atomes est de nature électrique : les atomes sont constitués de charges positives et négatives 1869 Le chimiste russe Dimitri Mendeleïev construit un tableau qui classe tous les éléments chimiques alors connus d après leurs propriétés chimiques. Ce tableau servira plus tard à classer méthodiquement tous les atomes naturels et artificiels d après leur numéro atomique.

8 1897 Julius Plucker, physicien allemand, observe un phénomène curieux en 1858 : au passage d'un courant électrique, une étrange lueur verte brille sur les parois d'un tube de verre soumis au vide! Jean Perrin, en 1895, met en évidence des charges négatives dans ce rayonnement. En 1897, Joseph Thomson montre que ce pinceau de lumière est dévié lorsqu'il passe entre deux plaques métalliques chargées : il ne s'agit pas d'une onde mais de particules chargées négativement. Il les appelle électrons. En 1904, il propose un premier modèle d'atome, surnommé depuis " le pudding de Thompson ". Il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une substance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs "comme des raisins dans un cake". Un atome est constitué d électrons De 1906 à 1908, deux élèves de Rutherford bombardent avec des particules de fines feuilles d or. La plupart des particules traversent les feuilles d or sans être déviées tandis qu une infime partie ( une particule sur ) est repoussée. En 1911, Rutherford (physicien néo-zélandais) découvre le noyau atomique. Son nouveau modèle d'atome montre que sa charge électrique positive, ainsi que l'essentiel de sa masse, est concentrée en un noyau quasi-ponctuel. Les électrons de l'atome se déplacent autour de ce noyau tels des planètes autour du Soleil, et la force électrique attractive (la charge de l'électron attirant la charge + du noyau) joue le rôle de la force de gravitation pour les planètes; d'où le nom de modèle d'atome planétaire.

9 A noter que contrairement à l'atome des Grecs, celui de Rutherford n'est ni indivisible (puisque composite), ni plein puisqu'il contient essentiellement du vide: La distance noyauélectrons est fois plus grande que le diamètre du noyau lui même (diamètre du noyau = mètre). Un atome est essentiellement constitué de vide avec en son centre un noyau chargé positivement autour duquel tournent des électrons chargés négativement 1913 Afin de rendre compte de cette stabilité atomique, Niels Bohr crée en 1913 un nouveau modèle d'atome : Les orbites des électrons ne sont pas quelconques mais "quantifiées"; seules certaines orbites particulières sont permises pour l'électron. Ce n'est que lorsque celui-ci saute d'une orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou absorber) de la lumière.

10 2. Constitution d un atome Activité 1 p 78 1) Un atome est constitué d un noyau et d électrons. 2) Le noyau est constitué de charges électriques positives. 3) Les électrons portent chacun une charge électrique négative. Tous les électrons sont identiques. 4) Un atome est électriquement neutre car il contient autant de charges positives dans le noyau que de charges négatives autour du noyau. Ex : L atome de sodium Na est électriquement neutre car il comporte 11 charges positives dans le noyau autour duquel tournent 11 électrons comptant une charge électrique négative chacun. De même, l atome de chlore Cℓ est électriquement neutre car il comporte 17 charges électriques positives dans son noyau autour duquel tournent 17 électrons. 5) La masse du noyau est beaucoup plus importante que celle de tous les électrons réunis : la masse de l atome est pratiquement égale à celle de son noyau. 6) Un atome a un diamètre environ égal à 0,1 nm ( 0,1 nanomètre ) ou m. Un noyau est fois plus petit qu un atome, soit de diamètre environ égal à m. Un atome est constitué d un noyau chargé positivement et d électrons chargés négativement tournant autour du noyau. La masse de l atome est pratiquement égale à celle du noyau. La taille du noyau est fois plus petite que celle de l atome.

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