Chimie 4. Chapitre n 2: Des molécules pour comprendre

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1 Chimie 4 Chapitre n 2: Des molécules pour comprendre

2 >Objectifs: Découvrir de quoi est composée la matière. Observer un diaporama pour rechercher, extraire et organiser l'information utile. De l'ordre de 1 million d'années de lumière Soit m Notre groupe local de galaxies, dans l'univers.

3 De l'ordre de années de lumière Soit m Notre Galaxie: la Voie Lactée.

4 De l'ordre de années de lumière Soit m Les bras spiraux de notre galaxie: pouponnières d'étoiles.

5 De l'ordre de années de lumière Soit m Les étoiles et les nébuleuses de notre galaxie.

6 De l'ordre de 100 années de lumière Soit m À 100 années de lumière de la Terre: rien que des étoiles.

7 De l'ordre de 10 années de lumière Soit m De moins en moins d'étoiles...

8 De l'ordre de 1 année de lumière Soit m Le Soleil (au centre) est l'étoile la plus lumineuse à 1 année de lumière à la ronde.

9 De l'ordre de milliards de kilomètres. Soit m Le Soleil (au centre) devient de plus en plus «gros».

10 De l'ordre de 100 milliards de kilomètres. Soit m Notre système planétaire: le système solaire.

11 De l'ordre de 10 milliards de kilomètres. Soit m Orbites de la planète naine Pluton (en blanc) et de la dernière géante gazeuse: Neptune (en turquoise).

12 De l'ordre du milliard de kilomètres. Soit m Orbites des planètes «proches» du Soleil: Jupiter (en jaune), Mars (rouge), Terre (bleu), Vénus et Mercure.

13 De l'ordre de100 millions de kilomètres. Soit m Morceaux des orbites des planètes Mars (rouge, 220 millions de km du Soleil), Terre (bleu, 150 millions de km), Vénus (en vert).

14 De l'ordre de10 millions de kilomètres. Soit m Morceau de l'orbite terrestre.

15 De l'ordre de1million de kilomètres. Soit 10+9 m La Terre et l'orbite lunaire.

16 De l'ordre de kilomètres. Soit 10+8 m La Terre vue à km de distance.

17 De l'ordre de kilomètres. Soit 10+7 m Notre planète, la Terre (diamètre de km à l'équateur).

18 De l'ordre de kilomètres. Soit 10+6 m Notre pays, la France.

19 De l'ordre de 100 kilomètres. Soit 10+5 m Notre région, la région Centre.

20 De l'ordre de 10 kilomètres. Soit 10+4 m La ville de Bracieux vue à 10 km d'altitude.

21 De l'ordre de 1 kilomètre. Soit 10+3 m 1km aux environs du collège.

22 De l'ordre de 100 mètres. Soit 10+2 m Dans la cour du collège.

23 De l'ordre de 10 mètres. Soit 10+1 m Les arbres de la cour.

24 De l'ordre de 1 mètre. Soit 10+0 m Les branches des arbres de la cour.

25 De l'ordre de 10 centimètres. Soit 10-1 m Les feuilles des arbres de la cour.

26 De l'ordre de 1 centimètre. Soit 10-2 m Les nervures des feuilles des arbres de la cour.

27 De l'ordre de 1 millimètre. Soit 10-3 m Détails de la surface d'une feuille d' arbre.

28 De l'ordre de 0,1 millimètre soit 100 micromètres. Soit 10-4 m Ensemble de cellules de la surface d'une feuille d' arbre.

29 De l'ordre de 0,01 millimètre soit 10 micromètres. Soit 10-5 m Cellules de la surface d'une feuille d' arbre.

30 De l'ordre de 0,001 millimètre soit 1 micromètre (1 µm) Soit 10-6 m Noyau d'une cellule de la surface d'une feuille d' arbre.

31 De l'ordre de 0,1 micromètre (0,1 µm) Soit 10-7 m Les chromosomes dans le noyau d'une cellule. Ils portent le patrimoine génétique de la cellule.

32 De l'ordre de 0,01 micromètre (0,01 µm) Soit 10-8 m L'ADN constituant les chromosomes. Structure en hélices.

33 De l'ordre de 0,001 micromètre (0,001 µm) soit 1 nanomètre (1 nm) Soit 10-9 m Les MOLECULES constituant l'adn. Ensemble d'atomes.

34 >Conclusion: La matière qui nous entoure est constituée de particules de très petites dimensions: de l'ordre de 1 nanomètre (1 nm) soit 10-9 m. Dans des substances telles que l'eau, l'air, etc., ces particules sont des molécules qui sont toutes identiques. Exemples: L'eau est faite de molécules d'eau toutes identiques que l'on peut représenter( modèle): 20% de molécules de dioxygène L'air est fait de molécules de deux types: (représentation symbolique: modèle moléculaire) 80% de molécules de diazote

35 >Remarque: Puissances de 10, préfixes et notation scientifique. Le chimiste et le physicien travaillent avec des nombres pouvant être: Très petits: taille ou masse d'une molécule par exemple. Il utilise alors des puissances de 10 à exposant négatif ou des préfixes correspondant à des sous-multiples pour les unités. Un cheveu a un diamètre de l'ordre de 0,1mm soit 10-4m 1mm = 10-3m (préfixe milli: un millième)

36 Un globule rouge a un diamètre de l'ordre de 8µm soit 8 x10-6m 1µm = 10-6m (préfixe micro: un millionième) Une molécule d'adn a une «épaisseur» de l'ordre de 1nm soit 10-9m 1nm = 10-9m (préfixe nano: un milliardième)

37 Très grands: distances sur Terre ou dans l'espace, masse de «gros» objets, nombres de molécules dans la matière par exemple. Il utilise alors des puissances de 10 à exposant positif ou des préfixes correspondant à des multiples pour les unités. La plus haute chute d'eau du monde Mesure presque 1 km de hauteur (979 m) 1km =1 000 m= 10 3m (préfixe kilo: un millier) Chutes du Salto Angel (Vénézuela).

38 Notre planète, la Terre a un diamètre de plus de 10 Mm (mégamètres) à l'équateur. 10 Mm = m soit km 1Mm = m = 10 6m (préfixe méga: un million) La distance Terre-Soleil est d'environ 150 Gm (gigamètres). 150 Gm = m soit 150 millions de km 1Gm = m = 10 9m (préfixe giga: un milliard)

39 Les puissances de 10 sont donc utiles pour écrire facilement les très grand et très petits nombres. Elles sont également très utiles pour faire des calculs rapides: Exemple: Quelle sera l'épaisseur d'une «mèche» faite de 1000 cheveux placés les uns à coté des autres? 1000 (nb de cheveux) x 10-4m (épaisseur d'un cheveu) = 103x10-4m 103x10-4m = 10(3+(-4)) m = 10-1 m 10mx10n = 10(m+n) 1000 cheveux ont une épaisseur d'environ 10-1m (1 dm soit 10 cm)

40 Exemple: Quel est le nombre de molécules d'eau dans un verre d'eau de 100g sachant qu'une molécule d'eau pèse environ 10-23g. 100 g (masse du verre d'eau) / 10-23g (masse d'une molécule d'eau) = 102 g/ g 102 /10-23 = 10(2-(-23)) = 1025 Dans 100g d'eau il y a environ 1025 molécules d'eau. 10m / 10n = 10(m-n)

41 Un nombre est écrit en notation scientifique quand il est écrit sous la forme : a x 10 n a est un nombre décimal qui ne s'écrit qu'avec un seul chiffre non nul à gauche de la virgule ; n est un nombre entier relatif. Exemple: le nombre de molécules d'eau dans 18 g d'eau est d'environ 6,02 x molécules.

42 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. >Objectifs: Établir un modèle pour représenter et expliquer les états de la matière et leurs principales propriétés. >Situation du problème:si toute la matière qui nous entoure est constituée à partir de très petites particules, celles-ci s'assemblent et «se comportent» différemment selon l'état dans lequel la matière se trouve. Comment peut-on expliquer et représenter les états de la matière à l'aide de particules? >Compétence du socle commun travaillée: Analyser: Élaborer un modèle adapté. >Manipulations: 1-Vous disposez de 4 échantillons de matière. Complétez le tableau cidessous: Échantillon de matière État de la matière (solide, liquide ou gaz) Sucre en poudre Air Bécher d'eau Plaque d'aluminium

43 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. 2- Quels sont les échantillons de matière qui ont une forme propre? (Que nous pouvons saisir entre les doigts.) Quel est l'état de la matière correspondant? 3- Quels sont les échantillons qui ont un volume propre (incompressibles)? Quels sont les états correspondants? 4- Proposez des représentations particulaires (sous forme de cercles O, triangles, etc.) de chacun des échantillons de matières qui permettent d'expliquer les deux observations précédentes.

44 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. Échantillon de matière Représentation particulaire Sucre en poudre Air Bécher d'eau Plaque d'aluminium

45 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. 5- Placez 250 ml d'eau liquide dans l'erlenmeyer mis à votre disposition. -Sans agiter, ajoutez les quelques cristaux de fluorescéine mis à votre disposition. Notez vos observations. -Agitez l'erlenmeyer et notez vos observations. Que nous apprend cette expérience sur les particules présentes dans un liquide tel que l'eau?

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47 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. 6-Pour en savoir plus sur les particules dans un gaz, observez l' expérience mise en place sur le bureau du professeur et complétez les dessins ci-dessous : Situation initiale Élément déclencheur Situation finale -Qu'observez-vous après quelques instants? -Que cela nous apprend-il sur les particules présentes dans un gaz?

48 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. >Pour expliquer les états de la matière et leurs principales propriétés, nous pouvons utiliser le modèle particulaire. Ce modèle n'est pas une représentation exacte de la matière mais nous permet tout de même d'expliquer ses principales propriétés. Dans ce modèle, les particules peuvent être représentées de différentes manières: cerlces, triangles, etc. et elles sont assemblées et se comporrtent différemment selon l'état de la matière: Dans un solide: Les particules sont liées les unes aux autres et quasiment immobiles: L'état solide est un état compact et ordonné: les solides ont une forme et un volume propre.

49 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. Dans un liquide: Les particules sont peu liées les unes aux autres, elles se déplacent en restant proches: L'état liquide est un état compact et désordonné: les liquides ont un volume propre mais n'ont pas de forme propre. Dans un gaz: Les particules sont libres, elles se déplacent et sont «éloignées» les unes des autres : L'état gazeux est un état dispersé et désordonné: les gaz n'ont ni forme ni volume propre. (ils sont compressibles).

50 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. Remarques: -Ce modèle permet d'expliquer également la différence de masse pour la matière selon l'état: Ainsi, 1L d'eau liquide pèse 1kg (voir 5 ) tandis qu'1l d'air pèse 1,3 g dans les mêmes conditions. Outre le fait que ce substances ne soient pas faites de la même matière, cela provient du fait que la matière à l'état liquide est plus compacte qu'à l'état gazeux: de manière générale, les gaz sont moins denses que les liquides. -Ce modèle peut être «affiné» en utilisant des représentations particulaires plus détaillées.

51 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. Ainsi, en utilisant le modèle moléculaire d'une molécule d'eau: Les états de l'eau peuvent se représenter de la manière suivante: Cristal de glace(solide) : molécules liées et ordonnées. Eau liquide: molécules peu liées, proches et désordonnées. Vapeur d'eau (gaz): molécules libres, éloignées et désordonnées.

52 T.P. n 1: Comment expliquer et représenter les états de la matière? Modèle particulaire de la matière. En utilisant les modèles moléculaires des molécules de diazote et de dioxygène: molécule de diazote molécule de dioxygène Un volume d'air peut se représenter: Cette représentation permettant de respecter la composition de l'air et son caractère compressible:

53 Une animation pour modéliser l'air: Animol.

54 T.P. n 2: Représentation particulaire et conservation de la matière. Voir livre p22.

55 T.P. n 2: Représentation particulaire et conservation de la matière.

56 T.P. n 2: Représentation particulaire et conservation de la matière. Voir livre p 19 +

57 T.P. n 2: Représentation particulaire et conservation de la matière. Voir livre p 19

58 T.P. n 2: Représentation particulaire et conservation de la matière. Voir livre p 19 Remarque: La représentation particulaire permet également de distinguer les corps purs (faits d'une seule substance: un seul type de particules) et les mélanges (faits de de plusieurs substances: plusieurs types de particules).