Chimie, chapitre 2 : Les phénomènes de pression 1. La pression de l air 1.1 Mesure d une pression On la mesure à l'aide d'une manomètre ou pressiomètre. On allume. On effectue la mesure. On indique le résultat avec l'unité et l'incertitude. P = 1015 ±1 hpa Les unités de pression sont : kpa hpa dapa Pa dpa cpa mpa Remarque 1 : on utilise souvent l'hectopascal plutôt que le Pascal Remarque 2 : il existe aussi le bar ou le millimètre de mercure comme unités. 1.2 Problème Pourquoi une carabine à air peut elle projeter une fléchette? Hypothèse : Je pense que... Expérience de validation Schéma du déroulement de l expérience : Agent Modificateur Je comprime l air = je diminue son volume 8 : 2 : Observation des résultats obtenus : Je vois la boulette partir. Conclusion de l expérience : La boulette part donc la pression de l air intérieur a augmenté. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 1/7
1.3 Interprétation Donc : au niveau microscopique, les molécules se déplacent et tapent sur les parois. Au niveau macroscopique, on ressent de la pression de ces molécules. D où : Plus il y a de molécules, plus ça tape, plus il y a de pression. Plus le volume diminue, moins il y a de place, plus les chocs augmentent, plus il y a de pression. La température mesure l agitation des molécules. Plus la température augmente, plus ça tape, plus la pression augmente. Définition : La pression est due aux chocs des molécules contre une paroi. Remarque : dans l espace, il n y a pas d air, donc pas de molécule donc pas de pression. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 2/7
2. La pression de l eau 2.1 La molécule d eau Formule : H2O Schéma : L eau peut se présenter sous différents états physiques : EAU GAZ Monde microscopique Monde macroscopique Ex d eau à l état solide : des glaçons Ex d eau à l état liquide : la mer Ex d eau à l état gazeux : la vapeur d eau Remarque : lors d'une évaporation, les molécules, par agitation thermique, quittent l'état solide et passent à l'état gazeux. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 3/7
2.2 La plongée sous marine La bouteille d air comprimé est indispensable au plongeur. Elle est en acier et a un volume de 10 à 12L Mais on peut, en fait, y comprimer 2 à 4 m3 d air sous une pression de 200 à 400 fois la pression atmosphérique. Le détendeur permet au plongeur de respirer l air de la bouteille : il en abaisse la pression pour délivrer de l air à pression ambiante, au niveau de l embout. La pression augmente au cours de la descente. Le manomètre indique la pression de l air dans la bouteille. Le profondimètre sert à connaître, avec la montre, le profondeur et le temps de plongée pour calculer les paliers de remontée. La combinaison protège du froid, le masque aide à bien voir sous l eau, les palmes servent à se déplacer et le tuba à respirer à la surface. Le gilet stabilisateur, à la fois bouée de sécurité et support de bouteille, ainsi que la ceinture de lest (plomb), stabilisent le plongeur sous l eau. En cours de plongée, du diazote respiré se dissout dans les tissus du corps humain, d autant plus que la profondeur augmente. Si la vitesse de remontée est normale (15 m/min), le diazote s élimine spontanément après une plongée courte. Si la plongée a été longue et profonde, il faut augmenter le temps par paliers de décompression. Sinon les bulles de diazote augmentent de volume et peuvent obturer un vaisseau sanguin avec des conséquences graves. Questions : 1. Que contient la bouteille (noms des molécules et leur pourcentage)? 2. A quoi est due la pression? 3. La pression dans la bouteille est elle élevée? A quoi sert le détendeur? 4. Quel appareil me permet de connaître la valeur de la pression dans la bouteille? 5. Que fait la pression de l'eau sur le corps du plongeur quand il s'enfonce dans les profondeurs : augmente t elle ou diminue t elle? Justifier. 6. Pourquoi faut il faire des paliers de décompression? 7. Un plongeur utilise t il le tuba en plongée? Quelle est son utilité? Information : la pression atmosphérique normale est de 1013 hpa. Réponses : 1. La bouteille contient : 80% de diazote et 20% de dioxygène 2. La pression est due aux chocs des molécules contre les parois. 3. Le volume est petit et il y a beaucoup de molécules : la pression est forte (200 à 400 fois la pression atmosphérique). Le détendeur permet d abaisser la pression à celle atmosphérique pour ne pas faire exploser les poumons. 4. Le manomètre permet de connaître la valeur de la pression dans la bouteille. 5. Il y a de plus en plus de molécules au dessus du plongeur. La pression augmente. 6. Il faut faire des paliers de décompression pour éviter les bulles d air dans les vaisseaux sanguins. Il y a un risque de mort. 7. Le tuba sert à respirer à la surface de l eau. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 4/7
3. Corps pur et mélange Un corps pur est composé de molécules identiques. Un mélange est composé de molécules différentes. Ex : l eau distillée est un corps pur, l air est un mélange. 3.1 Diffusion Lors d une diffusion, un gaz se mélange à un autre. Agent Modificateur Monde microscopique Je mets les deux flacons collés l un à l autre. Monde macroscopique 2 flacons remplis d un mélange d air et de dioxyde d azote 1 flacon rempli d air 1 flacon rempli de dioxyde d azote 3.2 Dissolution Lors d une dissolution, un soluté se mélange à un solvant pour donner une solution. Agent Modificateur Monde microscopique Je dissous le sucre dans l eau eau sucre Monde macroscopique 1 bécher contenant de l eau à l état liquide et 1 morceau de sucre solide. 1 bécher contenant une solution d eau sucrée. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 5/7
3.3 Lors d une dissolution, le sucre disparaît il? Hypothèse : Je pense que... Expérience de validation Schéma du déroulement de l expérience : Agent Modificateur Je dissous le sucre dans l eau Observation des résultats obtenus : Je mesure une masse totale initiale mi = 100 + 6 = 106g Je mesure une masse totale finale mf = 106g Conclusion de l expérience : Les deux masses sont identiques donc la masse ne varie pas : il n y a pas disparition de molécules. En fait, le sucre a été «cassé» en morceaux invisibles à l oeil nu. 3.4 Pression en fonction du temps On a mesuré la pression de l'intérieur d'une seringue pendant un certain temps. On obtient le graphique suivant : Quel mouvement a t on appliqué au piston de la seringue? La pression augmente, on a diminué le volume donc on appuie sur le piston. Voici une série de modèles moléculaires : Parmi ces modèles, lesquels correspondent aux instants t1, t2 et t3 du graphique? Le a correspond à l'état solide et le d à l'état liquide. La pression augmentant, il y a de moins en moins de place entre les molécules donc les associations sont : t1 c, t2 e et t3 b. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 6/7
4. Fusée à eau Comme toutes les fusées, la fusée à eau est basée sur le principe d'action réaction. Dans ce cas particulier, c'est l'eau propulsée par l'air sous pression qui sert à faire décoller la fusée. Dans un réservoir constitué le plus souvent d'une simple bouteille en plastique, on verse de l'eau et on injecte de l'air à l'aide d'une pompe (typiquement, une pompe à vélo). L'air éjecte l'eau hors de la bouteille et vers le bas, ce qui propulse la fusée vers le haut. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 7/7