I°) Quel gaz respirons-nous ?:

Quel gaz respirons nous ?

Que contient l’atmosphère ?

             « Comme la plupart des planètes observables, la Terre est entourée d’une enveloppe de gaz en perpétuel mouvement : l’atmosphère. Sa composition et sa structure sont incomparables en raison de l’apparition, il y a plus de trois milliards d’années, d’un phénomène unique dans notre système solaire : l’éclosion de la vie.

            Il y a 4,5 milliards d’années, le nuage de gaz qui entourait la Terre en formation contenait de l’eau, du dioxyde de carbone, du dihydrogène et du méthane. Le dioxygène commença à faire son apparition il y a quelques deux milliards d’années dans l’atmosphère car la vie existait déjà sous forme d’algues bleues qui ont la particularité de fixer le diazote  atmosphérique pour  rejeter le  dioxygène qui  représentait alors  seulement

1 % de l’atmosphère. Cinq cents millions d’années plus tard ce taux passait à environ 3 %. L’atmosphère a atteint sa composition actuelle il y a 400 à 600 millions d’années.

            Il a fallu attendre le XVIIIème siècle et les expériences du chimiste français LAVOISIER en 1777 pour que la composition soit connue. Il trouva que l’air contenait 27 % de dioxygène. Depuis des analyses précises et admises par tout le monde (en 1947) indiquent que l’air sec contient de l’ozone (O₃) qui nous protège des rayonnements ultraviolets, 78,1 % de diazote (N₂), 20,9 % de dioxygène (O₂), 0,93 % d’argon (Ar), 0,034 % de dioxyde de carbone (CO₂) et encore d’autres gaz en très petites quantités. De plus l’atmosphère terrestre contient de grandes quantités de vapeur d’eau (H₂O) dont l’abondance varie de 5 % dans les régions chaudes et humides (près de l’équateur) à 0,1 % des régions froides et sèches (Sibérie). »

            Sur les planètes voisines de la Terre, l’atmosphère a la composition suivante (% en volume) :

D’après « La Terre et l’Univers », Hachette Éducation et « Sciences illustrées » (N°6 juin 1993)

II°) Quelques propriétés de l'air :

a) L'air est-il un corps pur ? pourquoi ?:

Le dioxygène est composé de molécules qui résultent de l’association de deux atomes d’oxygène d’où le nom de dioxygène.

L’atome d’oxygène est une particule très petite que l’on peut représenter par une sphère de rayon 0,15 nanomètre et dont la masse est de l’ordre de 2,7.10^-26 kg. Son symbole est O. 

Rappel : le préfixe nano signifie 10^-9 donc : 1 nanomètre = 1 nm = 10^-9 m

Tous les atomes d’oxygène sont identiques entre eux.

Le diazote est composé de molécules qui résultent de l’association de deux atomes d’azote d’où le nom de diazote.

Tous les atomes d’azote sont identiques entre eux.

!! À RETENIR

Conclusion :

 L’air est un gaz composé de molécules de dioxygène et de diazote. Il n’existe pas de molécules d’air.

b) L’air possède-t-il un volume ?

Retourner un bécher au dessus d’un récipient d’eau.

 

Schéma	Observations
	L’eau ne rentre pas dans le bécher.

Conclusion :

L’air possède un volume. Comme tous les gaz, il occupe toute la place libre.

c) L’air est-il compressible ?

On fait entrer un certain volume d’air dans une seringue (1) puis on essaie de pousser (2) ou de tirer (3) le piston. 

Schéma	Observations
	v Le doigt est repoussé par la seringue. w Le doigt est aspiré par la seringue. Le piston a toujours tendance à revenir dans sa position initiale.

Comment interpréter cette compressibilité ?

Dans le cas (2), la pression a augmentée. Dans le cas (3), la pression a diminuée.

La pression d’un gaz se mesure en Pascal (Pa). Pour mesurer une pression, on utilise un manomètre.

Remarque : On utilise également d’autres unités pour mesurer la pression, comme le bar ou l’hectopascal (hPa).

Conclusion :

L’air ne possède pas de volume propre. On peut :

• Diminuer son volume, on parle alors de Compression.
• Augmenter son volume, on parle alors de d’expansion.

d) L’air a-t-il une masse ?

Pour déterminer la masse d’une certaine quantité d’air, on réalise l’expérience suivante :

Ballon + pompe + balance :

Autre exemple avec la bouteille :

 

1	2	3

Conclusion :

L’air possède une masse qui vaut 1,3 g pour 1L d’air.

III°) Structure de la matière :

a- Modèle particulaire :

La matière est constituée de particules différentes et très petites (invisibles à l’œil nu). Ces particules sont différentes selon la substance qu’elles forment mais elles ont tout de même des propriétés communes :

• Elles sont indéformables (elles ne peuvent pas se casser)
• Elles gardent toujours la même masse.
• Elles sont séparées par du vide.
• Elles sont plus ou moins agitées.

b- Les états de la matière :

1) Les solides

Dans un solide les particules sont serrées les unes contre les autres et accrochées ensemble. Elles sont pratiquement immobiles. Un solide a donc une forme propre.

On dit que l’état solide est compact et ordonné.

Dans un liquide les particules sont tassées les unes sur les autres mais elles peuvent glisser les unes contre les autres. Elles ne sont pas attachées les unes aux autres, elles ne sont que faiblement liées.

On dit que l’état liquide est compact mais désordonné.

Dans un gaz les particules sont libres dispersées et se déplacent rapidement et de façon désordonnée. Elles se déplacent dans tout le récipient qui les contient.

On dit que l’état gazeux est dispersé et désordonné.

Lors d’un changement d’état d’un corps (d’une substance), le nombre de particule ne change pas. La masse du corps se conserve. Seul son volume et sa température peuvent changer.

5) Le modèle moléculaire

Pour pouvoir mieux comprendre les propriétés de l’air on utilise un modèle où l’on représente les molécules :

• Les molécules de dioxygène sont représentées par :
• Les molécules de diazote par :
• Les molécules de dioxyde de carbone et d’eau, trop peu nombreuses ne sont pas représentées.

Il doit y avoir 4 fois plus de molécules de diazote que de molécule de dioxygène.

IV°) Comment caractériser la présence de dioxygène ?

Remplir un tube à essais de dioxygène .Enflammer l'allumette. Lorsqu’elle présente un point incandescent, l’introduire dans le tube à essais.

Conclusion :

Le gaz qui permet à l'allumette de brûler s’appelle le dioxygène.

Pour aller plus loin.

Expliquer pourquoi l'allumette présente un point incandescent dans l’air et se rallume dans le dioxygène.

Dans l’air il y a peu de dioxygène, alors que dans le tube remplie de dioxygène, il n’y a que ce gaz.

V°) Comment obtenir une petite quantité de dioxygène au laboratoire ?

a) Méthode : on peut l'obtenir par l'action du permanganate de potassium acidifié sur de l'eau oxygénée.

b) Schéma du montage :

c) Vérifier que le gaz obtenu est du dioxygène.
On effectue de nouveau l'expérience précédente avec la bûchette.

d) Conclusion

Le gaz obtenu est donc du dioxygène. Il a des propriétés identiques à celui qu'on a récupéré à partir de la bouteille de gaz comprimé.
Pour avoir du dioxygène au laboratoire, on peut donc ajouter du permanganate de potassium sur de l'eau oxygénée.