DES PHÉNOMÈNES CHIMIQUES AUX MOLÉCULES ET ATOMES

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1 DES PHÉNOMÈNES CHIMIQUES AUX MOLÉCULES ET ATOMES 1. UN PEU D HISTOIRE Dans l Antiquité, on ne parlait pas du mot chimie mais du mot alchimie. Dans alchimie on retrouve le mot «chemia» qui signifie«l art d Egypte». La chimie aurait donc trouvé naissance sur la terre des pharaons. L'alchimie est née avec la découverte des métaux. Ces techniques tournent autour de la manipulation des métaux, et surtout de la recherche de l'élaboration d'alliages, avec, bien souvent, pour finalité de créer de l'or à partir de métaux moins nobles comme le plomb. Même si c est impossible, les chercheurs de l époque ont Figure 1 : symbole alchimie manipulé de nombreuses matières et certaines découvertes ont pu permettre à Lavoisier, à la fin du 18 e siècle, de créer une nouvelle branche de la science : la CHIMIE! 2. PHÉNOMÈNE PHYSIQUE OU RÉACTION CHIMIQUE? 2.1 MISE EN SITUATION N 1 : EMBRASONS UNE ALLUMETTE HISTOIRE DE L ALLUMETTE DE SURETÉ L'allumette de sûreté, encore appelée «allumette suédoise» en raison de la nationalité suédoise de son inventeur Gustaf Erik Pasch, date de La «sûreté» provient du fait qu'elle nécessite un grattoir spécial, dont les éléments chimiques interagissent avec ceux de l'extrémité de l'allumette pour s'enflammer. Le grattoir est composé de poudre de verre et de phosphore rouge, tandis que l'extrémité de l'allumette est enduite de sulfure d antimoine, de dioxyde de manganèse et de chlorate de potassium. La chaleur engendrée par le frottement transforme le phosphore rouge en phosphore blanc, qui à son tour contribue à l'inflammation de l'allumette. Une société américaine développa un procédé similaire et le breveta en

2 OBSERVATION DE L ALLUMETTE Décidons de faire brûler une allumette en classe et observons le phénomène en présence. Quelle est la matière rouge présente à l extrémité de l allumette? Peut-on faire flamber l allumette une seconde fois? A-t-on toujours la même allumette qu au départ? 2.2 MISE EN SITUATION N 2 : LORSQU ON DOIT CUIRE DES PÂTES Imaginons que nous voulions nous faire cuire des pâtes. Pour ce faire, il est nécessaire de faire bouillir de l eau et d y ajouter du sel. Comment appelle-t-on la solution obtenue en ajoutant du sel dans de l eau? Quelle observation pouvons-nous faire lorsque nous mettons le sel dans l eau? Si tu oublies la casserole sur le feu et que tu reviens une heure plus tard, tu peux remarquer qu elle est vide! Où est passé l eau? Que reste-t-il au fond de la casserole? Pouvons-nous récupérer l eau? Si oui, explique par quel procédé. 2

3 Réalise un schéma du procédé que tu as utilisé afin de récupérer l eau. Peut-on reprendre l eau et le sel pour refaire la même expérience? 2.3 COMPARONS LES DEUX EXPÉRIENCES Substances présentes avant Expérience n 1 Expérience n 2 Le grattage d une allumette De l eau salée est mise à chauffer Substances présentes après Y a-t-il eu réaction chimique? Pour quelle raison? 3

4 Définitions (à retenir) Phénomène physique : Phénomène chimique :.. Réactifs :. Produits : Réaction chimique : 2.3 EXERCICES Voici une liste de phénomènes que l on peut rencontrer dans la vie de tous les jours. Indique s il s agit de phénomènes physiques ou de phénomènes chimiques et justifie ton choix. Phénomène Brûler du bois Justification du phénomène Faire fondre du chocolat Digérer de la salade Transformer du lait en yaourt Faire fondre de la neige 4

5 Phénomène Faire brûler un bâton d encens Un parfum s évapore Justification du phénomène Transformer du sucre en alcool Allumer une lampe à incandescence Observation de bulles dans de l eau pétillante 3. DE QUOI LA MATIÈRE EST-ELLE FAITE? 3.1 RAPPEL : LE MODÈLE MOLÉCULAIRE De tout temps, les scientifiques se sont posé la question : «De quoi est composée la matière qui nous constitue et nous entoure?» Pour comprendre et imaginer la composition de la matière, les scientifiques ont observé son comportement lors du déroulement de différents phénomènes. Au cours du temps, les idées qu ils se sont faits du contenu de la matière ont évolué et à l heure actuelle, la communauté des scientifiques est unanime pour dire «Tout se passe comme si toute la matière était faite de molécules.» Indique les 3 états de la matière Représente ci-dessous les modèles moléculaires de chacun d eux (n oublie pas la légende) 5

6 3.2 LES LIMITES DU MODÈLE MOLÉCULAIRE EXPÉRIENCE D UN BRIQUET QU ON ALLUMME Le briquet présenté ici est un briquet fonctionnant au gaz. En effet, celui-ci est rempli d un gaz appelé méthane. Lorsque le méthane est mis en contact avec une étincelle, il réagit avec le dioxygène de l air (réaction de combustion) pour produire : - Du gaz carbonique - De la vapeur d eau - De la chaleur - De la lumière Décris la réaction de combustion se produisant dans ce briquet avec des mots : Réactifs Produits Modélise cette réaction chimique à l aide du modèle moléculaire (sans oublier la légende) Briquet A l aide du modèle moléculaire, décrit la réaction de combustion du méthane au sein du briquet Réactifs Produits 6

7 Quelle-est la difficulté rencontrée par rapport à l explication de la réaction de combustion lorsqu on utilise le modèle moléculaire? ENIGME : comment expliquer la transformation de méthane et de dioxygène en eau et en gaz carbonique avec un briquet? Le modèle atomique me semble intéressant pour y répondre. 4. DE LA MOLÉCULE À L ATOME «Rien ne perd, rien ne se crée mais tout se transforme» Antoine Lavoisier 1 Y a-t-il quelque chose de plus petit que la molécule? Peut-on casser une molécule? 1 Antoine Lavoisier : Antoine Laurent Lavoisier, ci-devant de Lavoisier, né le 26 août 1743 à Paris et guillotiné le 8 mai 1794 à Paris, est un chimiste, philosophe et économiste français, souvent présenté comme le père de la chimie moderne. Source : 7

8 Dans le but de répondre à ces questions, nous allons réaliser une expérience : L électrolyse de l eau. 4.1 L ÉLECTROLYSE DE L EAU PARLONS BRIÈVEMENT DE L EAU Connais-tu la formulation scientifique de la molécule d eau lorsqu on s exprime en tant que chimiste? Astuce : cette formulation est composée de 2 lettres. Sais-tu ce que signifient ces lettres? ÉLECTROLYSE RÉALISÉE EN CLASSE Relions deux mines de porte-mine à des fils de cuivre. Ensuite, relions ces deux fils aux deux bornes d une pile de 4,5 V. Pour finir, plongeons ces mines dans de l eau à l aide d une paille. Schéma expérimental : 8

9 Que pouvons-nous observer?. Regardons attentivement les deux mines Que remarquons-nous?. Pour aller plus loin, cette expérience peut être réalisée à l aide d un dispositif spécialisé : le voltamètre de Hoffman. 4.2 ELECTROYLSE DE L EAU À L AIDE DU VOLTAMÈTRE DE HOFFMAN Regardons la vidéo proposée par ton professeur 2. Le voltamètre de Hoffman est composé de 3 tubes en verre reliés entre eux. Les deux tubes extérieurs se composent chacun : - à leur base, d une électrode qui permet l apport de courant électrique continu à la l eau - à leur sommet, d un robinet Que constatons-nous? 2 URL de la vidéo : 9

10 Voici ce que l expérimentateur observe après 10 minutes : Regardons attentivement les tubes au niveau des deux électrodes Que remarquons-nous?. Lorsqu on récupère le gaz contenu dans le tube relié à la borne du générateur et qu on en approche une allumette, il explose! A ton avis de quel gaz s agit-il? 10

11 A partir des informations précédentes, indique quels sont les gaz qui ont été récoltés dans les tubes Le courant électrique a cassé la molécule d eau en 1 atome d oxygène et 2 atomes d hydrogène. Ceux-ci se sont recombinés pour former du dioxygène et du dihydrogène. Complète l équation-bilan de l électrolyse, d abord avec des mots, ensuite avec les symboles chimiques Avec des mots : Avec les symboles : Conclusion Cite les conclusions que tu peux tirer de cette expérience On peut également dire que les molécules d eau, sont constituées d entités plus petites : les atomes. Il y a deux fois plus d atomes d hydrogène que d atomes d oxygène dans une molécule d eau. 4.3 MODÉLISATION DES ATOMES La modélisation des atomes est similaire à celle des molécules. A retenir : nous représenterons les atomes par des billes, il s agit du modèle de Dalton Voici l exemple de la molécule d eau H 2 O : 11

12 Réfléchissons Sachant que le préfixe «di» signifie 2, représente le «di» oxygène et le «di» hydrogène. Dihydrogène Dioxygène Complète l équation-bilan de l électrolyse de l eau, d abord avec des mots, ensuite avec les symboles chimiques et pour finir, grâce à la modélisation des atomes Avec des mots : Avec les symboles : Modélisation des atomes : «Rien ne perd, rien ne se crée mais tout se transforme» Antoine Lavoisier RÉPONSE À L ÉNIGME GRÂCE AU MODÈLE DE DALTON ENIGME : comment expliquer la transformation de méthane et de dioxygène en eau et en gaz carbonique avec un briquet? 12

13 Le briquet présenté ici est un briquet fonctionnant au gaz. En effet, celui-ci est rempli d un gaz appelé méthane. Lorsque le méthane est mis en contact avec une étincelle, il réagit avec le dioxygène de l air (réaction de combustion) pour produire : - Du gaz carbonique - De la vapeur d eau - De la chaleur - De la lumière Le méthane est constitué d un atome de carbone (C) et de 4 atomes d hydrogène (H) = CH 4 Le gaz carbonique est constitué d un atome de carbone (C) et de 2 atomes d oxygène = CO 2 Décris la réaction de combustion se produisant dans ce briquet avec des mots : Réactifs Produits Décris la réaction de combustion se produisant dans ce briquet avec des symboles chimiques : Réactifs Produits Décris la réaction de combustion se produisant dans ce briquet en modélisant les atomes grâce au modèle de Dalton : Réactifs Produits Réponse à l énigme : comment expliquer la transformation de méthane et de dioxygène en eau et en gaz carbonique avec un briquet? Que s est-il produit lors de la combustion du méthane à l aide du briquet?

14 5. BILAN DE LA MATIÈRE LORS D UNE RÉACTION CHIMIQUE 14

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