CH 5: L'air, un mélange m

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1 CH 5: L'air, un mélange m de molécules ( livre ch2 p26-39 ) Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l année. Tous les schémas de chimie sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle. Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine. Les exercices sont à faire en fonction de la progression en classe. A lire Documents pages Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 7 p37 ( solutions p220 ). Cahier d exercices ; Exercices: 10,12,13,14,15 et 16 p Objectifs: *Donner la composition de l'air en volumes et en molécules. * Savoir que le dioxygène est indispensable à la vie. *Mettre en évidence et interpréter la compressibilité de l'air. * Déterminer la masse d'un litre d'air.

2 I) D'où vient l'air? Quelle est son origine? A) L'atmosphère: C est une enveloppe gazeuse ( air ) de 100km d épaisseur qui entoure la terre. L air est mélange de gaz: V dioxygène V diazote 1 = X V air = 0,2 X V air = 20 % X V air 5 4 = X V air = 0,8 X V air = 80 % X V air 5 100L d air =20L de dioxygène (O 2 )+ 80L de diazote (N 2 ) En réalité, il y a 21% de dioxygène ( O 2 ), 78% de diazote ( N 2 ) et 1% { dioxyde de carbone CO 2,Ozone ( O 3 ), vapeur d eau ( H 2 O ).}

3 Autres gaz 1% 0% dioxygène 20% 21% diazote 78% 80%

4 A droite de votre feuille dioxygène 20% 2cm 72 diazote 80%

5 0 13km: TROPOSPHERE 13km 50km: STRATOSPHERE Altitude km 50 80km: MESOSPHERE km: THERMOSPHERE Pression hpa 500 THERMOSPHERE C -20 C -60 C MESOSPHERE STRATOSPHERE TROPOSPHERE Température C

6 B) Rôle de l'atmosphère. * Réguler la température ( 10 C). Jour 100 C ; -150 C la nuit. * Protection des rayons UV ( couche d ozone 30km). * Protection des corps extra terrestres ( météorites, débris célestes )

7 C) L'air est composé de molécules. 1)La molécule d eau. Une sphère rouge: Deux sphères blanches : OXYGENE = O 1 di-hydrogene = H 2 H 2)La molécule de dihydrogène. 2 3)La molécule de dioxygène. O 2 4)La molécule de diazote dinitrogène. N 2 5) La composition d une molécule d air H 2 O 1 ; O 2 4 N V air =.VO VN V Cinq molécules air = 20% xvo % xvn 2

8 II) Le dioxygène, un gaz indispensable. Nous avons besoin de dioxygène O 2, pour la respiration et pour nos cellules. Une personne consomme par jour 525L ( 700g) de dioxygène soit L (225kg ) par an. On inspire chaque jour 2625L ( 3500g ) d air soit L ( 1274kg) par an Un oxymètre permet de mesurer le pourcentage de dioxygène dans l air. Nous consommons du dioxygène : si l air inspiré contient 21% de dioxygène, l air expiré n en contient plus que 18.5%. Les animaux et les végétaux consomment également du dioxygène :ils respirent.le dioxygène est nécessaire à la vie. Le réchauffement d'un volume d'eau de 5 ºC à 20 ºC lui fera perdre près de la moitié de l'oxygène dissout. L'oxygène est le seul gaz de l'air qui permet les combustions.

9 III) Propriétés de l air Expérimentations: Pouce Air Seringue Piston A) V 2 = 20mL Compression. V 3 = 80mL Le volume occupé par l air diminue, l air a été comprimé. Au départ:v 3 = 80mL, l air occupe un espace ou volume de 80mL A la fin: V 2 = 20mL, l air occupe un espace ou volume de 20mL On a réalisé une compression, notre pouce est repoussé.

10 B) Expansion ou détente. Seringue Pouce Air Piston V 1 = 30mL V 3 = 80mL, Le volume occupé par l air augmente, l air a étédétendu, ou expansé. Au départ:v 1 = 30mL, l air occupe un espace ou volume de 30mL A la fin: V 3 = 80mL, l air occupe un espace ou volume de 70mL On a réalisé une détente ou une expansion, notre pouce est attiré. Tous les gaz (en particulier l air) sont compressibles et expansibles.

11 Compressibilité et expansibilité de l air. *Au départ:3 molécules d air, soit 3 molécules de dioxygène et 12 molécules de diazote. *A la fin : 3 molécules d air, soit 3 molécules de dioxygène et 12 molécules de diazote. On a réalisé une compression, le volume occupé par les molécules d air a diminué, l air est comprimé et la pression de l air augmenté On réalisera une détente ou une expansion, si le volume occupé par les molécules d air augmentera, l air est expansé et la pression de l air va diminuer.

12 C) Mesure de pression et unités. La pression de l air ou d un gaz se mesure avec un manomètre. Dans le système international (S.I), la pression a comme unité le Pascal ( Pa). On utilise souvent l hectopascal ( hpa = 100 Pa ) 1 bar = 1013 hpa 1mbar = 1,013 hpa = 1 hpa Baromètre. Autres unités: l atmosphère:1 atm = 1bar= 1013hPa = 73mmHg(mercure)

13 IV) L air possède-t-il une masse? Le vent : c est une masse d'air en mouvement. L'air possède-t-il une masse? Cette bouteille vide contient-elle de l'air? Oui, elle contient 1,5 L d air! Mesure de la masse de l air. CBGH 2010 * Liste de matériel: bouteille «vide» de 1,5L + bouchon avec valve, une balance électronique et une pompe à vélo. 0,0g Collège HOERDT Balance Electronique CBGH 2006

14 Comment procéder? 1) On pèse la bouteille vide 2) On introduit 17 coups de pompe 3) On repèse la bouteille m 2 = g m 1 =.g On introduit 17 coups de pompe CBGH 2008 On repèse la bouteille CBGH 2010 CBGH 2008 m 1 Collège HOERDT Balance Electronique CBGH 2006 m 2 Collège HOERDT Balance Electronique CBGH 2006 La masse de l air introduite est :M ( air ) = M ( air ) = 1litre d'air pèse 1,3g M ( air ) = m 2 - m 1 1,3 g

15 4) Mode opératoire: On pèse la bouteille vide et le bouchon avec la valve: m 1 = 50,7g. On introduit «17 coups de pompe» et on repèse la bouteille. On trouve m 2 = 52 g. On a introduit quinze coups de pompe, l équivalent d un litre d air. (1L air) La masse de l air introduite est :M (1L air) = Un litre d air a une M masse de 1,3g (1L air) = M (1L air) = Autres gaz. * Gaz légers ( par rapport à l'air ). Un litre de monoxyde de carbone ( gaz mortel = mauvaise combustion)pèse 0,8g. Un litre de méthane (gaz de ville) pèse 0,7g Un litre de diazote pèse 1,25g Un litre de dioxygène pèse 1,43g Un litre de dioxyde de carbone pèse 1,96g Un litre de butane (gaz) pèse 2,6g m 2 - m ,7 1,3g * Gaz lourds ( par rapport à l'air ). La bouteille devient «dure» 42,8g 41,5g 0,0 g Eau de CBGH 2010 Balance Electronique Collège HOERDT CBGH 2006

16 1200 Pression(hPa) P(z) = 1013,25.( -3, z + 1 ) Altitude( m) 270 Pression( hpa) Altitude(km)