Chapitre 5 : Atomes et Transformation chimique
I. Notion d’atome ; Symboles chimiques des atomes
Document 3 – Représentation des atomes
Un atome est représenté par une sphère, chaque élément ayant une couleur et une taille différente. Un atome a un diamètre de l’ordre de 0,1 nanomètre (0,1 milliardième de mètre).
On les désigne plus rapidement par un symbole chimique : Première lettre du nom de l’atome en majuscule, parfois suivie d’une autre lettre en minuscule.
Atome Hydrogène Oxygène Carbone Azote Chlore
Modèle
Symbole
chimique H O C N Cl
1) Pourquoi ce que l’on savait sur les molécules est insuffisant pour expliquer ce qui se passe lors d’une combustion ? On ne savait pas de quoi les molécules sont constituées, donc on les représentait par des formes au hasard. Du coup, on ne peut pas expliquer qu’un triangle réagissant avec un rond se transforme en rectangle.
2) De quoi les molécules sont-elles constituées ?
Les molécules sont constituées d’un assemblage d’atomes.
3) Cite des exemples d’atomes : Atome d’hydrogène, de carbone, d’oxygène, de fer, de chlore, etc.
4) Complète le tableau du document 3 (en couleur) en sachant que : - L’atome d’hydrogène est le plus présent dans l’univers, comme au bureau.
- L’atome de carbone est plus gros que l’atome d’oxygène.
II. Constitution et formule chimique des molécules
Les molécules sont constituées d’un ou plusieurs atomes, identiques ou différents, liés entre eux.
On désigne les molécules par leur formule chimique : Pour trouver la formule d’une molécule, on note les symboles des atomes la constituant, avec en indice (en bas à droite du symbole), le nombre présent dans la molécule.
Exemples : Le carbone existe sous forme d’atomes seuls. Formule du carbone : C (et non C1).
Une molécule de butane est constituée de 4 atomes de carbone, 10 atomes d’hydrogène. Formule du butane : C4H10. Formule du propane : C3H8. Une molécule de propane contient 3 atomes de carbone et 8 atomes d’hydrogène.
Molécule Dihydrogène Dioxygène Eau Dioxyde de
carbone Diazote Méthane
Modèle
Atomes la constituant
2 atomes d’hydrogène
2 atomes d’oxygène
2 atomes d’hydrogène, 1
d’oxygène.
2 atomes d’oxygène, 1
de carbone
2 atomes d’azote
4 atomes d’hydrogène, 1
de carbone Formule
chimique H2 O2 H2O CO2 N2 CH4
Document 1 – Insuffisance du modèle moléculaire Bilan de la combustion du carbone :
Carbone + Dioxygène → Dioxyde de carbone
Comment un triangle et un rond, en réagissant, peuvent-il devenir un rectangle ? Ce que l’on sait sur les molécules est insuffisant pour expliquer ce qui se passe lors d’une combustion. Il faut savoir à quoi ressemblent précisément les molécules, de quoi elles sont constituées.
Document 2 – Atomes dans les molécules
En 1811, un italien du nom d’Amedeo Avogadro explique que chaque molécule est un assemblage de particules plus petites appelées atomes. Certaines molécules ne comportent qu’un seul atome, d’autres, une centaine.
A chaque élément correspond un type d’atome. (Atomes d’oxygène, d’hydrogène, de fer, de carbone, d’azote, etc.) Il y en a 118 connus (98 sur Terre), consignés dans un tableau appelé tableau périodique des éléments.
III. Interprétation atomique et équation d’une transformation chimique
1) Réarrangement d’atomesExemple de la combustion du carbone
Carbone + Dioxygène → Dioxyde de carbone
La nature et le nombre des atomes sont les mêmes avant et après la transformation.
Une transformation chimique correspond à un réarrangement d’atomes : les molécules des réactifs « se cassent » et les atomes s’associent différemment pour former de nouveaux produits.
2) Du bilan à l’équation de réaction Combustion du carbone :
Pour écrire l’équation de réaction de la combustion du carbone, on réécrit le bilan en remplaçant le nom des réactifs et produits par leur formule chimique :
Carbone + dioxygène → dioxyde de carbone devient C + O2 → CO2
Cette équation de réaction se lit : « Un atome de carbone réagit avec une molécule de dioxygène pour former une molécule de dioxyde de carbone. »
Combustion du méthane :
Bilan méthane + dioxygène → eau + dioxyde de carbone
Formules des espèces
chimiques
CH4 O2 H2O CO2
Modèles des espèces
chimiques
+ → +
Equation de
la réaction CH4 + 2 O2 → 2 H2O + CO2
Lecture Une molécule de méthane
réagit avec
deux molécules de dioxygène
pour former
deux molécules
d’eau et une molécule de dioxyde de carbone 3) Remarques sur l’équation de réaction
L’équation de la réaction précise le sens de la transformation à l’aide d’une flèche.
Les coefficients devant les formules des différentes molécules montrent que les atomes présents dans les produits sont les mêmes et en même nombre que les atomes présents dans les réactifs.
On choisit ces coefficients en utilisant le fait que :
(a) Il doit y avoir autant d’atomes de carbone dans les produits que dans les réactifs.
(b) Il doit y avoir autant d’atomes d’hydrogène dans les produits que dans les réactifs.
(c) Il doit y avoir autant d’atomes d’oxygène dans les produits que dans les réactifs.
Combustion du propane :
Bilan propane + dioxygène → eau + dioxyde de carbone
Formule des espèces chimiques
C3H8 O2 H2O CO2
Equation de
la réaction C3H8 + 5 O2 → 4 H2O + 3 CO2
IV. La masse se conserve-t-elle au cours d’une transformation chimique ?
Nous allons répondre à cette question en étudiant une transformation chimique particulière, qui nous permettra de résoudre un autre problème :
1) Réaction entre l’acide chlorhydrique et la craie
Les pluies acides peuvent-elle réellement endommager les monuments bâtis en roche calcaire ? Ces roches sont constituées de la même matière que la craie (du carbonate de calcium) et l’acidité des pluies est due à la présence d’acide chlorhydrique. Etudions donc ce qui se passe quand on mélange de l’acide chlorhydrique et de la craie. On va en profiter pour voir si la masse se conserve ou non au cours d’une transformation chimique.
Sécurité : Quand on manipule de l’acide, on porte les lunettes de sécurité ! Schéma :
Observations : Qu’observe-t-on lorsqu’on mélange les deux produits ? On observe une effervescence.
Interprétations :
A quoi correspond l’effervescence observée ? Un gaz se forme lorsqu’on mélange la craie et l’acide.
Que peut-on en déduire ? Puisqu’un produit est apparu (le gaz), il y a eu transformation chimique entre la craie et l’acide chlorhydrique, qui sont des réactifs, donc « disparaissent », sont consommés.
Conclusion : Les pluies acides endommagent les monuments en roches calcaires.
2) La masse totale varie-t-elle lors de cette transformation chimique ?
Un gaz a-t-il une masse ? Oui, un gaz possède une masse à cause des molécules qui le composent.
Comment compter la masse du gaz lors de nos pesées ? On doit enfermer les réactifs dans une bouteille fermée pour empêcher le gaz de s’échapper.
Schéma :
Observations : Que peut-on dire de la masse totale après la transformation par rapport à la masse totale avant la transformation ? La masse totale est la même avant et après la transformation.
Conclusion : Au cours d’une transformation chimique, la masse totale se conserve (car le nombre et la nature des atomes ne change pas).
Exemple : On brûle 80 g de méthane dans 320 g de dioxygène, et on pèse 180 g d’eau formés.
Quelle est la masse de dioxyde de carbone formée ?
Puisque la masse totale se conserve, on doit avoir : 80 + 320 = mCO2formé + 180.
On a donc mCO2formé = 220 g.
craie
acide
chlorhydrique
Acide
chlorhydrique Craie
...31,6 g...
Avant la transformation.
... 31,6 g...
Après la transformation.
gaz produit Mélange d’acide
chlorhydrique et de craie
