Chapitre 2 : Interprétation microscopique des états de la matière Rappel : L eau est partout présente dans notre environnement sous 3 états : solide,, gazeux. Toute la matière qui nous entoure est aussi sous l un des trois états. Le passage d un état à un autre nécessite de l énergie sous forme de chaleur (transfert thermique) N.B : la chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid. Ainsi, pour faire la fusion, la vaporisation ou la sublimation, il faut apporter de l énergie à l eau en chauffant. Pour faire la liquéfaction, la solidification ou la condensation, il faut retirer de l énergie à l eau en refroidissant. 1/ Les molécules, petits grains de matière. A/ Activité 1 : histoire de la molécule
1/ Quel est le premier physicien à avoir émis l existence de minuscules et indivisibles particules appelées atomes? C est Démocrite en -400 avt JC. 2/ Quelle théorie de la matière, archi fausse, a régné en chimie pendant près de 2000 ans? Qui en est l auteur? C est la théorie des 4 éléments d Aristote (eau, air, Terre, feu) 3/ Quel scientifique contredit le «premier» cette théorie et donne la preuve de l existence des «grains de matière»? C est Lavoisier qui, le premier, contredit cette théorie. 4/ Est-il possible de diviser une goutte d eau? Oui, on peut la diviser jusqu à la molécule. 5/ Comment appelle-t-on la plus petite particule d eau? C est la molécule d eau. 6/ Comment a fait Lavoisier pour montrer que l eau était constituée de deux types de particules? Nomme ces particules Il a fait passer du courant électrique dans de l eau et a montré qu elle était constituée de 2 gaz qu il appela hydrogène et oxygène. 7/ Combien y-a-t-il de molécules d eau dans 1 L d eau? Ecris ce nombre avec des chiffres Il y en a trois millions trois cent quarante mille milliards de milliards, soir : 33 400 000 x 1 000 000 000 x 1 000 000 000 = 3 340 000 000 000 000 000 000 000 molécules, soit environ 3,34x 10 25 molécules. 8/ Combien y-a-t-il de molécules environ dans 1 L d air? Réécris ce nombre en chiffres Il y en aenviron 25 000 milliards de milliards, soir : 25 000 x 1 000 000 000 x 1 000 000 000 = 25 000 000 000 000 000 000 000 molécules, soit 2,5 x 10 22 molécules. 8/ Quelle matière est la plus densément peuplée en molécules : l eau ou l air? C est l eau et il y en a plus de 1000 fois plus. B/ Bilan Toute la matière qui nous entoure est constituée minuscules et indivisibles particules appelées molécules (Nous verrons que des molécules sont des assemblages d atomes, l année prochaine).
Une simple goutte d eau est constituée de milliards de milliards de molécules d eau TOUTES IDENTIQUES : Ces molécules ont toutes la même taille (environ 0.3 nm), la même masse (3,3 x 10-24 kg) et la même forme en tête de Mickey. Il faudrait aligner 3 milliards de molécules les autres derrière les autres pour arriver à la taille d un mètre. Ou il faudrait mettre dans un verre 10 millions de milliards de milliards (10 25 ) pour atteindre une masse d eau d un verre (250/300 ml soit 250/300 g) Inutile d essayer de voir au microscope des molécules d eau : on utilise des microscopes à spéciaux (à effet tunnel, à force atomique ) 2/ Notion de corps pur, mélange et espèce chimique A ce stade, il est donc possible de définir un corps pur, un mélange et une espèce chimique, qui nous resserviront par la suite. Espèce chimique : Ensemble de molécules toutes identiques. Une espèce chimique est souvent caractérisée par : son état, sa couleur, son odeur, son aspect, ses températures de changements d état Elle peut être naturelle ou artificielle Définition plus complète : ensemble d entités chimiques toutes identiques (atomes, ions, molécules ) = Matière qui ne comporte qu une seule espèce chimique, c est-à-dire un seul type de molécules. Exemple : eau pure, diazote, polyéthylène(pe), aspartame, saccharose, dioxyde de carbone, dioxygène
Matière constituée de plusieurs espèces chimiques, c est-à-dire plusieurs types de molécules. Exemple : eau salée, eau minérale, sirop, air, Orangina, acier, laiton Un mélange dont le solvant est l eau est dit aqueux Les autres mélanges sont dits organiques 2 types HOMOGENE où on ne distingue qu UN constituant à l œil nu (1 phase) Exemple : eau minérale, lait HETEROGENE où on distingue au moins DEUX constituants à l œil nu (2 phases) Exemple : eau boueuse, orangina Exemples : Attribue à chaque schéma ci-dessous une proposition : ; mélange homogène ; mélange hétérogène ; corps pur corps pur mélange homogène mélange hétérogène solide Exemple? homogène? hérogène Eau déminéralisée Sel (chlorure de sodium) Jus d orange hétérogène Sucre cristal Eau boueuse hétérogène Eau minérale homogène soda hétérogène 3/ Différence au niveau microscopique entre les 3 états de la matière A/ Activité 2 : Différence au niveau microscopique entre les 3 états de l eau 1/ Indique l état physique de l eau sous chaque dessin. Solide gazeux
2/ Entoure une molécule d eau sur chaque dessin. 3/ Complète le tableau ci-dessous : ETAT Solide Liquide Gaz a une forme propre? OUI NON NON a un volume propre? OUI OUI NON est compressible? NON NON OUI 1 cm 3 de glace pèse 0,92 g 1 cm 3 d eau pèse 1 g 1 cm 3 d eau vapeur pèse 0,000597 g Remarques Ne prend pas la forme du récipient qui le contient. Prend la forme du récipient qui le contient Surface libre plane et horizontale Occupe tout le volume du récipient qui le contient Compressible et expansible 4/ Pour chaque état de l eau, associe 2 adjectifs parmi les 4 suivants et complète la première ligne du tableau : ordonné / désordonné / compact / dispersé 5/ Dans le même tableau, associe 3 propositions «adjectives» parmi les suivantes (2 ème ligne du tableau) : liées / peu liées / non liées / mobiles / «immobiles» / éloignées / rapprochées ETAT Etat gazeux Etat Etat solide 2 adjectifs Désordonné et dispersé Désordonné et compact Ordonné et compact Comment sont les molécules? (3 adjectifs) Non liées, mobiles et éloignées Peu liées, mobiles et rapprochées Liées, rapprochées et «immobiles» 6/ Analyse : Explique, à l aide du comportement des molécules, pourquoi la vapeur d eau est compressible et expansible? Les molécules sont éloignées les unes des autres. l eau et solide sont incompressibles? Les molécules sont très proches les unes des autres. l eau solide possède une forme propre? Les molécules sont liées les unes aux autres. la vapeur d eau occupe tout le récipient qui la contient? Les molécules sont mobiles. 7/ Exercice: Complète les pointillés du schéma : Vaporisation gazeux
B/ Que se passe-t-il au niveau moléculaire lors d un changement d état (video edumédia) Lorsque la température est faible, les molécules sont liées entre elles par des liaisons et forment un cristal ordonné : c est l état solide. En chauffant, (c est-à-dire en apportant de l énergie thermique), ces liaisons deviennent plus faibles et les molécules sont de plus en plus mobiles et agitées : c est l état. En chauffant encore (c est-à-dire en apportant encore de l énergie), les molécules s agitent encore et s éloignent jusqu à ne plus être liées : elles se déplacent rapidement et entrent en collision avec d autres molécules ou les parois du récipient. : c est l état gazeux