Partie I : La Chimie, Science de la transformation de la matière
Introduction – Constitution de la matière
La matière est constituée d’atomes (Carbone C, Fer Fe, Oxygène O, Hydrogène H). Ces atomes sont parfois associés en molécules (Eau H2O, dioxygène O2, dioxyde de carbone CO2), ou parfois restent seuls (Fer Fe).
Exemples : Une goutte d’eau est constituée de milliards de milliards de molécules d’eau. Un morceau de fer est constitué de milliards de milliards d’atomes de fer.
Chapitre 1 - Les Métaux usuels dans la vie quotidienne
Qu’est-ce qu’un métal ? Propriétés : Corps conducteur de l’électricité, de la chaleur, en général malléable, ductile (capable de se tordre sans se rompre) et réfléchissant la lumière (éclat métallique).
Quels sont les métaux les plus courants ?
Les métaux le plus couramment utilisés sont : le Fer, le Zinc, l’Aluminium, le Cuivre, l’Argent, l’Or.
Mais il y en a d’autres : L’étain, le plomb, le chrome, le platine, etc. Ainsi que d’autres corps comme l’acier, l’inox, qui ne sont pas exactement des métaux, mais des alliages. (On y reviendra plus loin dans le chapitre.)
Comment distinguer les 6 métaux usuels ?
Métal Cuivre Fer Zinc Aluminium Argent Or
Symbole Cu Fe Zn Al Ag Au
a) Couleur Rouge Gris Gris Gris Gris Jaune
b) Est-il attiré par
un aimant ? Non Oui, c’est le
seul ! Non Non Non Non
c) S’oxyde-t-il ?
Se couvre d’oxyde de cuivre (vert- de-gris)
Il rouille : La rouille, c’est de l’oxyde
de fer
Couche d’oxyde de
zinc gris (imperméable)
Couche d’oxyde d’aluminium
(alumine) blanc (imperméable)
S’oxyde très PEU (noircit légèrement)
Ne s’oxyde PAS.
d) L’oxydation modifie-t-elle le métal ?
Sont rongés petit à petit Sont protégés par une couche
d’oxyde imperméable Ne changent pas e) Masse
volumique (g/cm3) 8,9 7,9 7,1
2,7 Le moins
dense
10,5 Le plus dense
des métaux gris
19,3 Le plus dense
Remarque rouille.
Montrer la photo de la voiture rouillée : Qu’est-ce ? Quand le fer rouille-t-il ? Lorsqu’il est laissé à l’air libre : En réalité il réagit avec le dioxygène de l’air. D’ailleurs le terme scientifique est oxydation. Quand il rouille, on dit que le fer s’oxyde. Tous les métaux s’oxydent-ils ? Cela peut-il être un moyen de les distinguer ?
Définition : L’oxydation est une réaction entre un métal et le dioxygène de l’air qui peut endommager le métal.
L’oxydation se produit plus vite en présence d’humidité, et de sel, par exemple au bord de la mer.
Remarque masse volumique.
Vous me dites qu’une des manières de distinguer les métaux est de les peser : Oui ! Mais la masse n’est pas appropriée : Il est évident qu’un énorme morceau d’aluminium est plus lourd qu’une petite bille de fer. Pour savoir quel métal est le plus lourd, il faut peser des morceaux de même taille, c’est-à-dire de même volume.
On utilise donc un outil appelé masse volumique.
Définition : La masse volumique (en g/cm3) d’un métal est la masse (en g) d’un morceau de ce métal d’1 cm3.
Remarques orales :
a) La couleur ne suffit pas pour déterminer la nature d’un métal avec certitude car il existe des alliages dont les couleurs se rapprochent de la couleur de l’or et du cuivre.
b) Le Fer est le seul métal qui est attiré par un aimant. (Attention !!! Le fer n’est pas aimanté. Il est juste attiré par un aimant. On peut aimanter du fer, mais ça veut dire qu’il deviendra un aimant !) Ca facilite son recyclage.
c) Le fer est le seul métal à rouiller. Les autres métaux s’oxydent. L’or et l’argent ne sont pas altérés, c’est pourquoi on les appelle des métaux précieux. L’oxyde de cuivre, appelé vert-de-gris, est ce qui recouvre la statue de la Liberté, à New York.
Les métaux sont de bons conducteurs thermiques. (1. Argent, 2. Cuivre, 3. Or. Idem pour conductivité électrique)
Qu’est-ce qu’un alliage métallique ?
Un alliage est un métal mélangé à d’autres éléments chimiques (métalliques ou non).
Exemple : Acier : Fer + Carbone (Entre 0,02% et 2% de carbone : augmente résistance. Au-delà de 2 %, fonte.)
Inox (Acier inoxydable) : Fer + Chrome + Carbone + Nickel (Acier + Chrome + Nickel) (Il y en a plusieurs types, mais pour le plus courant : 0,02 % de carbone, 17 à 19 % de Chrome et 9 à 11 % de nickel.)
Laiton : Cuivre + Zinc (Variable, mais de l’ordre de 90 % de cuivre, 10 % de zinc) Bronze : Cuivre + Etain (60 % de cuivre et 10 à 30 % d’étain plus d’autres métaux)
Pourquoi créer des alliages ? Pour combiner les propriétés de plusieurs métaux, ou pour augmenter leur résistance.
Quelles sont les principales utilisations des métaux ?
On a vu que les métaux avaient des propriétés assez différentes : Ce sont leurs spécificités qui vont déterminer leur utilisation dans la vie quotidienne.
Cuivre : Fils électriques, tuyaux de plomberie (laiton) (bon conducteur thermique et électrique et malléable.)
Fer : Boites de conserves, clous (très présent, pas cher, mais rouille. Utilisé avec une couche de protection contre la corrosion. Très solide en alliage)
Zinc : Gouttières, plomberie (couche d’oxyde imperméable.), protection contre la corrosion (galvanisation) Aluminium : Fusibles (bon conducteur électrique.), Aéronautique (léger, résistant.)
Argent, or : Bijoux (inoxydables, précieux.)
Où et sous quelle forme trouve-t-on les différents métaux ?
Document p14-15. Répondre aux questions 1 et 2 au moins p15.Etat natif : Métal que l’on trouve pur dans les mines.
Minerai : Roche contenant un métal en quantité suffisante pour obtenir ce métal pur après traitement industriel.
(Ces procédés sont appelés procédés de métallurgie. Les minerais sont récupérés dans des mines.) 1. L’or est un métal qui n’existe qu’à l’état natif.
2. Les minéraux obtenus à partir d’un minerai sont : Le fer, le zinc, le cuivre, l’aluminium et l’argent.
Conclusion : L’or se trouve uniquement à l’état natif. L’argent, le cuivre et le fer se trouvent principalement sous forme de minerai, mais aussi à l’état natif. L’aluminium et le zinc ne se trouvent que sous forme de minerais.
Exercices
1. Reconnaissez (si possible) les métaux suivants parmi les 6 étudiés : a) Métal jaune brillant. Or.
b) Métal qui a noirci. Argent.
c) Métal gris plus lourd que le cuivre. Argent.
d) Métal gris plus léger que le cuivre. Fer, zinc ou aluminium.
e) Pour le métal de la question d) quel test rapide peut-on faire pour vérifier s’il s’agit de fer ? Aimant.
f) Métal gris dont l’oxyde est rouge-orangée. Fer.
g) Métal gris extrêmement léger. Aluminium.
http://etab.ac-poitiers.fr/coll-ta-thouars/IMG/html/metaux.html 2.Constitution de l’Inox
Sur une boîte de 30 couverts, on peut lire « acier inoxydable 18/10 ». Cela signifie que les couverts sont fabriqués à base d'acier et contiennent en masse 18% de chrome et 10% de nickel.
a) Rappeler l'unité de la masse.
b) Quelle masse de chrome contient une fourchette de 50 grammes issue de cette boîte ? c) Quelle masse de nickel contient une fourchette de 50 grammes issue de cette boîte ?
d) Un alliage est un mélange de différents métaux fondus ensembles. Quel est le principal métal constituant cet acier sachant que si on n'y avait pas ajouté le chrome et le nickel il rouillerait ?
Correction :
a) La masse s’exprime en kilogramme (kg), ou en gramme (g).
b) Il y a 50 g d’inox, dont 18 % de chrome. Il faut donc trouver à quelle masse correspondent 18 % de 50 g.
La masse de chrome est de 𝑚𝑐ℎ𝑟𝑜𝑚𝑒= 50 × 18
100= 9 𝑔
c) De la même manière qu’à la question b), on calcule la masse de nickel : 𝑚𝑛𝑖𝑐𝑘𝑒𝑙 = 50 × 10
100= 5 𝑔
d) Ces couverts sont principalement constitués de fer car le fer est le seul métal à rouiller.
3. Utilisation des formules chimiques (Rappels de 4ème)
a) Formule de la molécule d’oxyde de cuivre ? (Elle contient 2 atomes de cuivre et 1 atome d’oxygène.) Cu2O b) Que représente 2 Fe ? 2 atomes de fer
c) Que représente O3 ? 1 molécule comprenant 3 atomes d’oxygène
d) Que représente Fe2O3 ? 1 molécule comprenant 2 atomes de fer et 3 d’oxygène (Oxyde de fer =rouille)
A chaque type d’atomes correspond un symbole : Première lettre du nom de l’atome en majuscule, parfois suivie d’une autre lettre en minuscule.
