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LES ATOMES

Il y a 2500 ans, les grecs pensaient que les plus petits constituants de la matière étaient les atomes (ce mot signifie “incassable“). De 1900 à aujourd’hui, des études ont été menées et plusieurs modèles de l’atome ont été proposés.

Les atomes sont constitués :
 D’un noyau chargé positivement contenant des nucléons (protons et neutrons)
 De charges négatives gravitant autour du noyau (les électrons)

Le diamètre d’un atome est de l’ordre de 10-10 m , son noyau a un diamètre de l’ordre de 10-15m : l’atome a une structure lacunaire .

Il existe deux types de charges électriques : les positives (portées par les protons) et les négatives (portées par les électrons). Les neutrons sont neutres.

Chaque électron porte une charge électrique négative et comme un atome est électriquement neutre, le nombre de charges négatives est égal au nombre de charges positives du noyau.

Ce nombre est appelé le numéro atomique Z.

Les atomes sont classés par numéro atomique et par propriété chimique dans le tableau de classification périodique.

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LA MATIERE A NOTRE ECHELLE

I. Propriétés de la matière

Toute matière possède une masse et un volume.

La masse d’un échantillon se mesure sur une balance.

Pour connaître le volume v d’un échantillon, on remplit une éprouvette graduée d’eau, et on y insère l’échantillon. Le niveau de l’eau s’élève. Cette différence de volume correspond au volume de l’échantillon.

Pour différencier des matières, nous utilisons leurs propriétés comme la densité ou la conductivité électrique (passage du courant dans un liquide).

La matière peut subir un changement d’état. Lors d’un changement d’état, la matière ne change pas, elle s’arrange sous une autre forme. Par exemple : le glaçon est constitué d’eau solide et lorsqu’il fond, l’eau devient liquide.

La matière peut subir des transformations chimiques. Des éléments disparaissent et d’autres apparaissent. Par exemple, une feuille de papier qui brûle : la feuille disparaît et un gaz apparaît.

II. Mélanges homogènes / mélanges hétérogènes

Certains constituants peuvent être dissous dans l’eau : ils sont solubles. D’autres constituants ne peuvent pas être dissous dans l’eau : ils sont insolubles.
Lorsque le solide ajouté ne se dissout plus dans l’eau, la solution est saturée.

On dit que le mélange est hétérogène si on peut distinguer les différents constituants à l’œil nu (ex : jus d’orange et sa pulpe), il est homogène dans le cas contraire (ex : sirop de menthe).


III. Comment séparer les constituants d’un mélange ?

Pour un mélange hétérogène, il existe pour cela deux moyens : la décantation, la filtration.
Pour un mélange homogène : l’évaporation.

1. La décantation


La décantation consiste à laisser le mélange hétérogène se reposer pour que les particules en suspension se déposent au fond du récipient. On recueille ensuite le liquide avec précaution en le versant dans un autre récipient.


2. La filtration

On dépose sur un entonnoir un filtre sur lequel on verse le mélange hétérogène. Après avoir traversé le filtre, on obtient un liquide appelé filtrat. Le filtrat est un mélange homogène : sa couleur et son goût montrent qu’il contient des substances autres que l’eau.


3. L’évaporation

Lorsque tout le liquide s’est évaporé, on observe un dépôt blanchâtre sur la paroi du ballon : ce sont les sels minéraux.

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LES DANGERS DES COMBUSTIONS


Le monoxyde de carbone est incolore, inodore non irritant et très toxique. Il est responsable de la mort de beaucoup de personnes chaque année à leur domicile.

Les combustions comportent des risques d’incendie, d’asphyxie et d’explosion.

Les explosions ont lieu lorsque le gaz s’accumule et qu’une flamme provoque la réaction.

C’est pourquoi des normes de sécurité sont à respecter lors d’une combustion :
 Eloigner les flammes de toutes matières combustibles (papier, sac plastique…)
 Ne pas fumer prés d’une pompe à essence
 Avoir une bonne aération pour ne pas être dans un cas de combustion incomplète.

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ENERGIE CINETIQUE

L’énergie cinétique est l’énergie qu’acquiert un objet du fait de sa vitesse :

Ec = ½.m.v²

Unités : -E_c en joule (J) -V en mètre par seconde (m.s-1) -m en kg

Rappel : la vitesse est définie par v=d/t
Unités :-v la vitesse en m/s d la distance parcourue en mètre t le temps de parcours

1m/s =3,6Km/h

Remarque : l’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse, ainsi lorsque la vitesse double, l’énergie cinétique est multipliée par quatre (2^2=4).

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REACTIONS CHIMIQUES

I. Réaction entre l’acide chlorhydrique et les métaux

Prenons six tubes à essais dans lesquels nous mettons de l’acide chlorhydrique, et respectivement du fer, de l’aluminium, du zinc, du cuivre, de l’argent et de l’or.



Dans les trois premiers tubes, nous observons un dégagement gazeux et aucune réaction dans les autres.


Lorsque nous approchons une flamme du gaz, on entend une petite détonation (c’est le test d’identification du dihydrogène H2)


Conclusion : le fer, l’aluminium et le zinc sont attaqués par l’acide chlorhydrique et du dihydrogène (H2) apparaît.

Nous identifions les réactifs et les produits grâce aux tests d’identification des ions vus précédemment.

Les bilans s’écrivent :

Fer + acide chlorhydrique →dihydrogène + chlorure de fer
Aluminium + acide chlorhydrique →dihydrogène + chlorure d’aluminium
Zinc + acide chlorhydrique → dihydrogène +chlorure de zinc

Les équations bilan s’écrivent :
Fe + 2H+ → H2 + Fe2+
2Al + 6H+ → 3H2 + 2Al3+
Zn + 2H+ → H2 + Zn2+

Remarque :
 Les ions chlorure sont présent avant et après la réaction : ce sont des ions spectateurs. On ne les mentionne pas dans l’équation bilan.
 Les équations bilans doivent respecter la conservation des atomes et des charges électriques.

Le cuivre, l’argent et l’or ne sont pas attaqués par l’acide.

II. Réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude

Mélangeons de l’acide chlorhydrique et la soude : la température augmente, la réaction produit de la chaleur.

Bilan :
acide chlorhydrique + soude → eau

Equation bilan :
H+ + HO- → H2O

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MELANGES –TRANSFORMATION CHIMIQUE ET PHYSIQUE

I. Mélanges

Mélanger consiste à réunir plusieurs constituants sans qu’aucun ne disparaisse.

Le mélange est hétérogène si on peut distinguer les différents constituants à l’œil nu par exemple du jus d’orange et sa pulpe.

Le mélange est homogène dans le cas contraire ; par exemple : sirop de menthe et de l’eau.

II. Transformation chimique

Au cours d’une transformation ou réaction chimique, les réactifs disparaissent et les produits apparaissent.
Exemple : une feuille de papier qui brûle.

III. Transformation physique

Au cours d’une transformation physique, l’état ou l’aspect d’un corps est modifié (pas sa constitution).
Exemple : de la glace qui fond.

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TEST DE RECONNAISSANCE DE L’EAU

Comment détecter la présence d’eau dans une substance ?

Pour cela, on réalise un test chimique : le sulfate de cuivre anhydre (sans eau) est une poudre grise.

Au contact de l’eau, il devient bleu. Le sulfate de cuivre est alors hydraté.

Ce test constitue le test d’identification de l’eau.

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LES ETATS DE LA MATIERE


Il existe trois états : solide, liquide et gazeux.


1) Les solides

Tout objet ou toute chose qui a une forme propre est un solide. Son volume ne change pas.

2) Les liquides

Les liquides ne peuvent être saisis en main, ils coulent et prennent la forme du récipient qui les contient : ils n’ont pas de formes propres.

Le volume ne change pas lorsqu’on transvase entièrement un liquide dans un autre récipient, quelle que soit la forme du récipient. Au repos, la surface qui sépare le liquide du domaine environnant est appelée surface libre. Elle est toujours plane et horizontale. On peut le vérifier à l’aide d’un fil à plomb (qui est verticale) et d’une équerre.


3) Les gaz

Par nature, un gaz occupe tout l’espace à sa disposition, il est expansible. Il change donc de volume.

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FORCES

En physique, lorsqu’un objet agit sur un autre objet, on parle d’interactions ou de forces.

1) Les effets d’une action mécanique

On distingue deux types de forces :
⎫ Les forces de contact (ex : action du pied sur un ballon)
⎫ Les forces à distance (ex : l’aimant sur une bille en fer, ou l’action de la terre sur un parachutiste).

Les forces de contact peuvent être localisées (ex : le pied sur le ballon exerce une action localisée en un point) ou réparties (ex : le vent qui souffle sur la voile d’un bateau exerce une action répartie sur toute la voile du bateau).
Les actions à distance sont réparties sur tout le volume de l’objet.

Une force peut avoir trois effets :
¬ Mettre en mouvement un objet (ex : action du pied sur un ballon)
¬ Modifier le mouvement d’un objet (ex : une tête sur un ballon)
¬ Déformer un objet (ex : la corde d’un arc à flèches)

Remarque : lorsqu’un objet A agit sur un objet B, l’objet B agit sur l’objet A. C’est pourquoi on parle d’interaction.

2) Représentation d’une force

Une force peut être représentée par un vecteur force caractérisée par
• Son point d’application (origine)
• Sa droite d’action (direction)
• Son sens
• Sa valeur (elle se mesure à l’aide d’un dynamomètre et s’exprime en newton de symbole N)


3) Diagramme objet-interaction.

Pour établir un bilan des forces, on construit souvent un diagramme objet-interaction.

Pour cela, il faut :
¬ Effectuer l’inventaire des objets concernés par l’étude en n’oubliant pas les appuis (le sol par exemple) qui exercent une action mécanique et la terre responsable du poids
¬ Schématiser ces objets dans des ovales en mettant au centre l’objet d’étude.
¬ Représenter les actions subies par des traits (pleins pour une action de contact et en pointillés pour une action à distance) en indiquant le sens par une flèche.

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IDENTIFICATION DES IONS

I. Les ions
Les ions sont des atomes ou des molécules ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Le nombre de charges positives du noyau ainsi que la masse de l’ion ne varient pas par rapport à ceux de l’atome.
Un ion positif (cation) est un atome ou une molécule ayant perdu un ou plusieurs électrons. Ex : Na 11(+) + 11(-) = 0 Na+ 11(+) +10(-) = 1(+)
Un ion négatif (anion) est un atome ou une molécule ayant gagné un ou plusieurs électrons.




Ex : Cl 17(+) + 17(-) = 0, Cl- 17(+) +18(-) = 1(-)




II. Caractérisation de quelques ions

Lorsque l’on verse une solution de nitrate d’argent dans une solution contenant des ions chlorure, il se forme un précipité blanc de chlorure d’argent qui noircit à la lumière.
L’équation bilan de cette réaction s’écrit :

Cl-+ Ag+→AgCl


En versant de la soude dans des solutions contenant des ions métalliques, il se forme des précipités colorés, caractéristiques de chaque ion :

Nom de l’ion Fer II : Fe2+ Fer III : Fe3+ Cuivre : Cu2+ Zinc : Zn2+ Aluminium : Al3+
Couleur du précipité Vert Rouille Bleu Blanc Blanc

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LA COMBUSTION DU CARBONE

Le charbon de bois est composé essentiellement de carbone. Dans l’air, le charbon de bois, lorsqu’il est porté à incandescence (lorsqu’il est de couleur rouge vif), brûle et dégage de la chaleur.

Si nous prenons ce charbon incandescent, et que nous le plongeons dans un flacon rempli de dioxygène, il brûle vivement.

Au bout d’un moment, la combustion cesse. Comme il reste du charbon, on en déduit qu’il n’y a plus assez de dioxygène pour que tout le carbone brûle. On dit alors que le dioxygène est le réactif limitant.

Prélevons le gaz issu de la combustion et analysons-le. Pour cela, nous allons faire un test à l’eau de chaux.

Rappel : l’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone.
L’eau de chaux se trouble en présence du gaz issu de la combustion. Il y a donc eu production de dioxyde de carbone.



La combustion est une réaction chimique au cours de laquelle les réactifs (carbone et dioxygène) disparaissent, et un produit apparaît : le dioxyde de carbone.

Bilan : Carbone+ dioxygène → dioxyde de carbone Réactifs Produit

Au cours de la combustion, il y a dégagement de chaleur.

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L’EAU SUR TERRE

Près de trois quart de la planète est recouverte par les océans et les mers.

L’eau sur terre est présente sous trois états :
 Solide
 Liquide
 Gazeux

L’eau est répartie en cinq grands réservoirs :
1. Les mers et océans (97,2 % - état liquide)
2. Glaces polaires (2,15 % - état solide)
3. Eaux souterraine (0,63 % - état liquide)
4. Lacs et rivières (0,01 % - état liquide)
5. Atmosphère (0,001 % - eau vapeur- état gazeux)

Remarque : les nuages, le brouillard, la buée… sont composés de minuscules gouttelettes d’eau liquide.

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SOLUTIONS ACIDES, BASIQUES ET NEUTRES

I. le pH

Le pH est un nombre sans unités, qui caractérise l’acidité ou la basicité d’une solution aqueuse.

La valeur du pH est comprise entre 0 et 14.

Le pH est mesuré avec un pH -mètre ou un papier pH.

Une solution acide a un pH inférieur à 7. Plus le pH est petit, plus l’acidité est forte (exemple d’une solution acide : l’acide chlorhydrique).

Une solution neutre a un pH égal à 7 (exemple : l’eau distillée).

Une solution basique a un pH supérieur à 7. Plus le pH est grand, plus la basicité est forte (exemple : la soude).

Lorsqu’une solution est diluée, son pH se rapproche de 7.

 Lorsqu’une solution est acide, elle contient plus d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-.
 Lorsqu’une solution est basique, elle contient plus d’ions hydroxyde HO- que d’ions hydrogène H+.
 Lorsqu’une solution est neutre, elle contient autant d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO-

II. Dangers des solutions acides et basiques

Les acides et bases du commerce sont concentrés, elles sont capables de d’endommager la peau et les yeux. Elles provoquent des brûlures et des irritations.
Ce sont des produits corrosifs et dangereux.
L’usage des gants et de lunettes de protection est nécessaire quand on les manipule.

Lorsqu’on dilue une solution, il faut toujours verser l’acide (ou la base) dans l’eau, et non l’inverse ; car il y a un échauffement de la solution et un risque de projection.

De telles solutions ne doivent pas être jetées avec les eaux dans les canalisations, elles les pollueraient.

Les solutions acides et basiques sont conservées dans des bouteilles en verre ou plastique, car elles ne les attaquent pas contrairement aux matières organiques, à certains métaux, au marbre, calcaire…

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LA COMBUSTION DU BUTANE

I. La combustion complète

Lorsqu’il y a suffisamment de dioxygène et que les produits de la combustion ne peuvent plus brûler, on parle alors de combustion complète.

Quels sont les produits lors de la combustion complète du butane ? Pour répondre à cette question, nous allons procéder aux deux expériences suivantes :

• Versons de l’eau de chaux au fond d’un tube dans lequel nous avons recueilli les gaz de combustion. Nous obtenons un précipité blanc. La combustion du butane produit donc du dioxyde de carbone.



• Si nous plaçons au dessus de la flamme un tube à essai, il se forme de la buée. On vérifie avec du sulfate de cuivre anhydre que la buée est bien de l’eau (rappel : le sulfate de cuivre anhydre est une poudre grise qui devient bleu au contact de l’eau). La combustion du butane produit donc de l’eau.


Ces deux expériences sont des tests d’identification. Ils servent ici à identifier les produits de la réaction de combustion.
Les produits de la combustion sont donc de l’eau et du dioxyde de carbone.

Bilan : Butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

II. La combustion incomplète

Lorsqu’il n’y a pas suffisamment de dioxygène, la combustion est incomplète. Si nous plaçons une soucoupe sur la flamme, la soucoupe se recouvre d’un dépôt noir : c’est du carbone.
Lors d’une combustion incomplète, il y a aussi production de carbone et monoxyde de carbone.

Bilan :
Butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau+ monoxyde de carbone + carbone

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