Chapitre 2 : L air qui nous entoure 1/ Quelle est la composition de l air? Préambule : Vidéo : «Il était une fois les découvreurs : Lavoisier et la chimie» (voir physikos) 1/ A l époque, on pensait que la chaleur était un élément particulier : Quel est son nom? Le phlogiston 2/ En 1769, comment Lavoisier fait-il pour obtenir de l eau pure et prouver que «l eau se transforme en terre avec la chaleur» est faux? Il distille à plusieurs reprises de l eau de pluie. 3/ Complète la phrase : «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme» 4/ En 1774, quel chimiste anglais trouve qu il y a deux sortes d air dans l air? Quel gaz permet de faire bruler? Joseph Priestley 5/ Quel est l air vital selon LAVOISIER? C est le dioxygène. 6/ Quel chimiste Anglais confirme que l eau n est pas un élément? Henry cavendish 7/ Quelle expérience Lavoisier réalise-t-il pour prouver que l eau est constituée d oxygène et d hydrogène? Il met en contact du dihydrogène et du dioxygène au contact d une étincelle (créée avec une machine de Wimshusrt). Il reproduit ainsi de l eau liquide qu il boit. 8/ Comment Lavoisier meurt-il? Il meurt guillotiné pour en avoir trop fait! A/ Activité 1 : L expérience historique d Antoine Laurent Lavoisier et Priestley (1774) 1/ Compare les deux schémas en notant bien les deux différences essentielles. Le volume d air sous la cloche diminue et il se forme une couche d oxyde de mercure à la surface de la cornue : Cela veut donc dire que la partie respirable de l air, le dioxygène a été consommée. Pour tenter d identifier le gaz restant, Lavoisier enferma sous une cloche hermétique une petite souris qui malheureusement, vint à mourir d asphyxie quasi instantanément Il appela donc ce gaz le «diazote», signifiant en grec «sans vie». De plus en conclut-il, l autre gaz présent initialement mais consommé au cours de l expérience pour former l oxyde de mercure, était la partie respirable de l air, et le baptisa le «dioxygène». (Ce gaz a été découvert par Joseph Priestley, en 1774)
2/ L air est-il constitué d un ou de plusieurs gaz? Cite ce ou ces gaz. Il s agit du diazote et du dioxygène : L air est donc un mélange de plusieurs gaz. Dans l expérience de Lavoisier, le volume d air initialement contenu dans la cloche est de 1 L ; le volume de gaz restant sous la cloche après quelques jours de chauffage est 0,73 L. 3/ Déduire ce ces mesures le pourcentage de «diazote»contenu dans l air et le pourcentage de dioxygène. On en conclut qu il y a 73% de «diazote» dans l air et 27% de «dioxygène» dans l air. 4/ Dans le ballon ci-dessous, représente les molécules de «diazote» en bleu et de «dioxygène» en rouge avec les proportions trouvées par Lavoisier. On représentera 10 molécules en tout B/ Activité 2 : Composition de l air actuel La Terre est entourée d'une couche de gaz, l atmosphère. L'air que nous respirons est un mélange de plusieurs gaz. Il est principalement composé de 78 % de diazote et de 21 % de dioxygène. Le 1 % restant est composé d'une multitude d'autres gaz comme l'argon (0,93%), le dioxyde de carbone (0,03%), la vapeur d'eau, des gaz issus de la pollution, de l hélium, du dihydrogène... À l'échelle microscopique l'air est constitué de particules extrêmement petites, les molécules. La composition de l' air en molécules est identique à celle en volume. Pour simplifier, les autres gaz peuvent être négligés. L'air est ainsi composé d'environ 80 % de diazote, soit les 4/5, et 20 % de dioxygène, soit le 1/5. Une molécule est constituée d'un assemblage d'atomes. La molécule de dioxygène est composée de deux atomes d'oxygène. La molécule de diazote est formée de deux atomes d'azote. Questions : 1/ Quels sont les deux principaux gaz de l atmosphère? En quelles proportions environ sont-ils présents? Il y a 20 % de dioxygène et 80 % de diazote. 2/ Le diazote est-il une molécule ou un atome? Justifie C est une molécule
3/ Complète le tableau ci-dessous puis construis le diagramme circulaire de proportion des gaz. Diazote Dioxygène Pourcentage 80% 20% Angle (en degrés) 288 72 4/ D après toi, pourquoi les molécules principales de l air sont -elle appelées Diazote et Dioxygène? Quelle est leur formule chimique? Les molécules sont toute les deux composées de 2 atomes liés entre eux. Le diazote a four formule N 2 et le dioxygène O 2 5/ Dans le ballon ci-dessous, représente les molécules de «diazote» en bleu et de «dioxygène» en rouge avec les proportions actuelles. Compare aux résultats de Lavoisier On représentera 10 molécules en tout. Lavoisier avait trouvé des proportions légèrement supérieures en dioxygène. Conclusion : L atmosphère terrestre est composée d un mélange de gaz, principalement 80 % de diazote et 20 % de dioxygène. Au niveau microscopique, L air est composé de molécules de diazote et de dioxygène. La molécule de dioxygène est constituée de 2 atomes d oxygène et la molécule d azote de 2 atomes d azote. C/ Activité 2 : Evolution de la composition de l atmosphère terrestre «La Terre est entourée d une enveloppe de gaz en mouvement : l atmosphère. Sa composition et sa structure sont uniques en raison de l apparition, il y a plus de 3 milliards d années, d un phénomène unique dans notre système solaire : l éclosion de la vie. Légende : N2 : diazote ; O2 : Dioxygène ; CH4 : méthane ; CO2 : dioxyde de carbone ; H2O : eau ; NH3 : ammoniac ; O3 : ozone. Lecture du graphique : Il y a 3,8 milliards d années, la composition de l atmosphère terrestre était de : 8% de CO2-6 % de CH4 et 86% de N2 Il y a 4,5 milliards d années, des comètes et météorites chargées de glace, de méthane, d ammoniac (etc) se sont écrasées sur la Terre. Le nuage de gaz qui entourait la Terre en formation contenait de l eau, du dioxyde de carbone, de l ammoniac, du méthane et un peu de diazote. Avec le refroidissement, l eau de l atmosphère s est condensée et a entrainé la formation d un immense océan primitif. Une vie primitive est apparue il y a 3,8 milliards d années : les algues bleues ou «cyanobactéries» ont commencé à modifier l atmosphère en consommant le diazote et le dioxyde de carbone et en rejetant du dioxygène. Ce dioxygène apparu dans l atmosphère il y a deux milliards d années (1 %). 500 millions d années plus tard, il était de 3%. L atmosphère a atteint sa composition actuelle il y a 400 à 600 millions d années.
1/ Il y a 4.5 milliards d années, quel gaz était présent dans la plus grande proportion? Comment est-il apparu? (Utilise le graphe ET le texte) C est l eau sous forme de vapeur qui serait arrivée de l impact des comètes et météorites glacées. 2/ Qu est devenue l eau de l atmosphère terrestre entre 4,5 et 4.2 milliards d années? (Utilise le texte) Elle s est liquéfiée car la surface de la planète s est refroidie. Il s est formé un immense océan primitif. 3/ Quel gaz a vu sa proportion grimper en flèche de 4.5 à 4.2 milliards d années? (Utilise le graphe) C est le «diazote» noté N2. 4/ Qu est ce qui est à l origine, il y a 3,8 milliards d années, de l apparition du dioxygène? (Utilise le graphe ou/et le texte) Ce sont les cyanobactéries qui sont apparues dans les océans et qui ont commencé à effectuer la photosynthèse. 5/ Depuis quand l atmosphère de la Terre est-elle à peu près stable? (Utilise le texte) Depuis environ 400 à 600 millions d années. 6/ A l aide de libre office ou à main levée, réalise un camembert des pourcentages des trois principaux gaz présents dans l atmosphère. Complète le camembert ci-dessous. Diazote Dioxygène argon Pourcentage ~78% ~21% ~1% Angle (en degrés) 281 76 3 Description de l atmosphère terrestre L'atmosphère est si mince, comparée à la Terre, qu'on peut se la représenter comme la pelure d'une pêche par rapport à la pomme elle-même. C'est la gravité qui la retient autour de notre globe. Bien que la composition de l'air soit la même en tous points de l'atmosphère, il existe des variations importantes en température et en pression avec l'altitude. L'atmosphère est composée de quatre couches, où la température augmente et diminue alternativement..
7/ Dans quelle couche de l atmosphère vit-on? Nous vivons dans la troposphère 8/ Quelle est l altitude approximative de l atmosphère terrestre? Environ 500 km. 9/ Dans quelle couche de l atmosphère se situe la couche d ozone? Quel est son effet sur la température? Elle se situe dans la stratosphère. Elle permet d augmenter la température de l atmosphère. 10/ «Plus on monte en altitude, plus il fait froid». Est-ce vrai? Commente. Ce n est pas vrai car dans la stratosphère et dans la thermosphère, la température augmente. D/ Bilan L air est un mélange de plusieurs gaz : sa composition en volume est : 78% de diazote : on arrondira à 80 % soit 4/5. 21% de dioxygène : on arrondira à 20% soit 1/5. Il existe aussi plein d autres gaz présents en très faibles proportions : 1% ( Exemples : l argon 0,93 %, le dihydrogène, le méthane ou le dioxyde de carbone 0,03 %, krypton, Xenon, hélium ). 2 remarques importantes : Le dioxygène est un gaz indispensable à la respiration et aux combustions L air a une masse : 1 L d air pèse environ 1 g ( 1000 fois moins qu un litre d eau) 2/ Comment identifier quelques gaz présents dans l air? Test O2 Test CO2 Test H2 Test de la flamme Test à l eau de chaux qui se trouble Test de détonation à l approche d une flamme