1/ Rappels sur les états de la matière.

Chapitre 3 : Les transformations chimiques/combustions

1/ Rappels sur les états de la matière.

Etat Solide Liquide gazeux

Représentation à l’aide du modèle molécule

Changement d’état

Ensemble… Compact et ordonné Compact et désordonné Dispersé et très désordonné Molécules Liées, quasi immobiles et

rapprochées Un peu liées, mobiles et

très rapprochées Non liées, éloignées, en mouvement rapide Possède un… Volume propre, une

forme propre Volume propre

Aspect énergétique :

Le passage d’un état à un autre nécessite de l’énergie sous forme de chaleur (transfert thermique) N.B : la chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid.

Ainsi, pour faire la fusion, la vaporisation ou la sublimation, il faut apporter de l’énergie à l’eau en chauffant.

Pour faire la liquéfaction, la solidification ou la condensation, il faut retirer de l’énergie à l’eau en refroidissant.

Explique, à l’aide du comportement des molécules, pourquoi…

… la vapeur d’eau est compressible et expansible ? Les molécules sont éloignées les unes des autres. De grands espaces vides existent entre les molécules

… un glaçon peut être saisi entre les doigts? Les molécules sont très liées entre elles.

… l’eau liquide coule ? Les molécules sont peu liées et glissent les unes sur les autres.

… l’eau liquide et solide sont incompressibles ? Les molécules sont très proches les unes des autres.

… l’eau solide possède une forme propre ? Les molécules sont liées les unes aux autres.

… la vapeur d’eau occupe tout le récipient qui la contient ? Les molécules sont mobiles et rapides.

Solide liquide

gazeux

Masse et volume lors d’un changement d’état:

La masse ne change pas lors d’un changement d’état car le nombre de molécules reste identique.

Le volume change car la disposition et les liaisons entre les molécules changent.

2/ Rappels sur la différence entre transformation chimique, transformation physique et mélange

Définitions :

Une transformation physique est la passage d’une substance d’une forme à une autre, sans qu’elle ne disparaisse. Il y a juste un changement d’aspect, de forme. En particulier, les molécules (et les atomes) ne changent pas.

Exemples : Les changements d'état, les déformations et les ruptures qui ont lieu à la suite d'une contrainte, l'usure, l'érosion et certaines dissolutions moléculaires sont des exemples de transformation physique.

Une transformation chimique est le passage d'une substance à une nouvelle substance, différente de la première, avec modification de la nature et des propriétés de la matière (évidemment). En particulier, les molécules changent :

 Des molécules de départ, appelées réactifs disparaissent

 Des nouvelles molécules, appelées produits, apparaissent.

Le phénomène permettant cette transformation chimique est appelé réaction chimique.

Exemples : décomposition, synthèses, oxydations, précipitations, certaines dissolutions.

Quelques indices permettent de distinguer une réaction chimique : un changement de couleur, un dégagement ou absorption de chaleur, de lumière, une précipitation, un dégagement gazeux.

Un mélange est juste une mise en commun de deux corps ensemble, sans réaction chimique et sans transformation physique. Rien n’apparait, rien ne disparait, les constituants restent inchangés.

Exemple :

Complète les pointillés du schéma :

liquide

gazeux Vaporisation

liquide

1/ Quel terme de chimie correspond à la première étape ? S’agit-il d’un mélange, d’une transformation chimique ou physique ? C’est un mélange. On fait la dissolution du sucre puis le mélange avec le jus de citron.

2/ Quel changement d’état subit l’eau ? S’agit-il d’un mélange, d’une transformation chimique ou physique ? On chauffe, l’eau liquide subit une vaporisation. C’est une transformation physique.

3/ Quelles modifications subit le sucre ? Il subit une dissolution dans l’eau puis une réaction de caramélisation.

4/ Quel ingrédient de la recette subit une transformation chimique ? Le sucre subit une réaction chimique de caramélisation. Il disparait et un nouveau produit : le caramel.

Autres exemples :

phénomène Transformation

chimique Mélange Transformation physique

fil de cuivre tordu x

fusion du glaçon dans l’eau x

Fusion de la paraffine x

Bicarbonate de sodium et vinaigre x

torsion d’un morceau de bois x

Eau + permanganate de potassium x

permanganate de potassium et eau oxygénée x

Combustion d’une allumette x

Vinaigre sur pierre calcaire x

Sucre + eau + colorant x

Ebullition de l’eau x

Mélange d’huile et de vinaigre x

Grattage de bois x

Acide + base x

Le butane d’un briquet qui brûle X

Un clou en fer qui rouille. X

Préparation d’une tasse de café à partir d’eau et de poudre de café

X Préparation d’une boisson avec de l’eau et du

sirop de grenadine

X On laisse fermenter du jus de raisin, on obtient

alors du vin. X

On fait du fromage en ajoutant de la présure : Le

lait fermente et caille. X

De la buée se dépose sur les lunettes en hiver. X

Du bois brûle dans une cheminée. X

Un cachet d'aspirine effervescent dans l'eau: un

gaz se dégage. X

Une pomme qui pourrit. X

On ouvre la porte du congélateur : une « fumée » blanche s’en échappe.

x

Le blanc d'œuf (liquide incolore) devient solide et

blanc en chauffant. x

Une vinaigrette. x

On met du sucre dans de l’eau et on chauffe : il se forme du caramel

X

(caramélisation)

X (vaporisation de l’eau)

3/ La combustion, une transformation chimique

 L’expérience dans laquelle une substance brûle est une combustion : De la chaleur, du bruit et de la lumière sont produits.

 Une combustion est une transformation chimique, c’est-à-dire que des molécules réagissent ensemble pour former de nouvelles molécules.

 Les molécules qui réagissent sont appelées REACTIFS et les molécules qui apparaissent sont appelées PRODUITS

Les pompiers sont des « maîtres du feu » : Dans leur caserne sont affichés le triangle du feu et la règle de 3 « C »

Régle des 3 C :

« Pour qu’un feu brûle, il faut un

combustible

, un

comburant

et de la

chaleur

»

En conséquence, pour qu’il y ait une combustion, il faut :

Si un des éléments est absent, le feu CESSE ! NOTATION :

2/ La combustion du charbon

REACTIFS (début)

COMBUSTIBLE

(bois, essence, alcool…)

 COMBURANT

(dioxygène)

Ils (apparaissent / disparaissent)

PRODUITS (fin)

Ils (apparaissent / disparaissent) Un COMBURANT

^:

ce qui FAIT BRULER

Un COMBUSTIBLE

:

ce qui BRULE

Un ELEMENT DECLENCHEUR^:

Cela peut être :

 la CHALEUR

 Une ETINCELLE

 Une FLAMME

A/ TP démarche d’investigation : le banquet d’Astérix

1/ Ce que je vais faire…

Je vais faire bruler un morceau de charbon (fusain) dans un bocal rempli de dioxygène. J’ajouterai (avant ou après) de l’eau de chaux afin de détecter l’éventuel dioxyde carbone qui se serait produit (ou bien je préléverai du gaz du bocal avec une seringue et je le ferai buller dans de l’eau de chaux)

Le matériel que je vais utiliser est :

Briquet, bocal, dioxygène, fusain (charbon), pince crocodile, eau de chaux

2/ Je réalise mon expérience…

dans le calme. (appelle le professeur )

3/ Ce que j’observe…

Les résultats de mon expérience sont : L’eau de chaux se trouble lorsque l’on agite le bocal juste après la combustion. On peut déjà en déduire que du dioxyde de carbone a été produit.

Je réalise des schémas légendés et PROPRES de TOUTES les expériences que j’ai faites et j’indique les résultats : Tests caractéristiques

Gaz Test

Dihydrogène H2

Détonation à l’approche d’une

allumette Dioxyde de carbone

CO2

Eau de chaux qui se trouble Eteint une flamme de

bougie Dichlore Cl2 Gaz de couleur verte

qui pue Dioxygène O2 Ravive une flamme ou

une braise Eau H2O

Sulfate de cuivre anhydre qui devient

bleu Je te demande de m’aider pour savoir si

du dioxyde de carbone est bien produit lors de la

combustion du bois dans le dioxygène.

Ce que je sais, c’est que le bois qu’on utilise brûle comme le carbone !

Allez bon courage, je t’ai laissé du matériel pour faire ton expérience sur le chariot !

4/ Ce que je conclus : Rédige un « petit mot » à PANORAMIX pour lui donner ta réponse.

Panoramix, je t’affirme que du dioxyde de carbone a bien été produit lors de la combustion du charbon dans le dioxygène car l’eau de chaux s’est troublée.

B/ Bilan de la combustion du carbone

Complète le bilan de la transformation chimique du carbone dans le dioxygène :

Convention d’écriture de la réaction chimique modélisant la transformation chimique :

Ouverture : ( /1) Les romains me disaient que le CO2 était responsable de l’effet de serre ? Qu’est-ce que l’effet de serre ? Est-ce vrai ? (voir photo de la page suivante)

L’effet de serre est une espèce de couverture de survie de la planète formée par une couche de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone. Si elle n’était pas là, il ferait -30°C la nuit. Si cette couverture devient trop épaisse (trop de production de CO2, trop de pollution), alors on va mourir de chaud dans les années à venir (réchauffement de la planète annoncé par toutatis). Les romains avaient donc raison.

Au début

(ce qu’on fait réagir)

 Du carbone (charbon) : C’est le combustible

 Du dioxygène : C’est le comburant.

Le carbone et le dioxygène (apparaissent / disparaissent) au cours de la combustion : Ce sont les réactifs

A la fin

(ce qui est apparu)

 Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l’eau de chaux qui se trouble).

Le dioxyde de carbone (apparait / disparait) au cours de la combustion :

C’est le produit

Le carbone réagit avec le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone.

L’équation-bilan de la réaction peut s’écrire :

REACTIFS PRODUITS

NOM carbone + dioxygène dioxyde de carbone

Modèles moléculaires +

Equation de la réaction avec

les symboles

C + O

2

CO

2

Remarque : Il est possible qu’il reste du dioxygène ou du carbone à la fin de la combustion. La combustion s’arrête quand un des deux a été entièrement consommé.

La combustion libère une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur, lumière et bruit (explosion)

Exercice: Sachant que la combustion du dihydrogène conduit à la formation d’eau, écris le bilan de cette transformation chimique :

Dihydrogène + Dioxygène → Eau

La fumée est un ensemble de petites particules solides de cendres. Ce n’est pas un gaz.

Pour bien la voir, on peut bruler du papier devant la lumière d’un vidéoprojecteur : Les petites particules de cendres réfléchissent la lumière.

C/ La combustion du butane

Le charbon ou le carbone n’est pas la seule matière qui peut brûler. Envisageons le cas d’un gaz que vous connaissez : le butane des bouteilles de gazinières ou du briquet.

Objectifs :

 Définir les réactifs de la combustion du butane

 Trouver les produits de la combustion du butane par expérience.

 Analyser les combustions complètes et incomplètes

1/ Détermination des produits de la combustion du butane

Expérience 1 : détermination d’un produit de la combustion

 Allume le briquet et place la flamme sous un verre.

 Qu’est ce qui apparait sur les parois du verre ? De la buée apparait sur les parois.

 Montre, avec un test chimique, qu’il s’agit d’eau.

On utilise du sulfate de cuivre anhydre. Il bleuit.

Expérience 2 :

détermination d’un 2

^ème

produit de la combustion

 Allume le briquet et place la flamme sous le bécher légèrement incliné pendant 5 à 10 secondes.

 Retourne le bécher et ferme-le avec le couvercle…

 Verse de l’eau de chaux à l’intérieur et observe

 Complète le schéma ci-contre.

Que se passe-t-il lors de l’ajout d’eau de chaux ? Qu’en déduis-tu ? L’eau de chaux se trouble. Du dioxyde de carbone est produit lors de cette combustion du butane.

Conclusion :

Lors de la combustion du butane, il se forme :

 du dioxyde de carbone

 de l’eau

Ecriture de la transformation chimique :

2/ Combustion complète et incomplète du butane

Le butane ne brûle pas toujours de la même façon : Lorsque le butane brûle normalement, on dit qu’il y a combustion complète et lorsque le butane brûle anormalement, on dit qu’il y a combustion incomplète.

Expérience 3 : Observation avec un chalumeau ou briquet

 Allume ton briquet et place un tube à essai dans la flamme Bleue puis dans la flamme jaune.

Qu’observes-tu ? De la suie apparait sur le tube avec la flamme jaune. Rien avec la flamme bleue

 Expérience professeur : Le professeur allume le chalumeau et tourne la molette qui règle le débit de butane et de dioxygène.

Fais le dessin de la flamme en sortie et indique s’il s’agit d’une combustion complète ou incomplète :

Expérience 4 : Préparation de 2 tubes à essai pour combustion complète et incomplète

Ce sont les produits de la combustion

Observations :

Expérience 1 :

1 portion de butane pour 6,5 portions de dioxygène

Expérience 2 :

1 portion de butane pour 1 portion de dioxygène

Bruit Bruit de révolver Pas de bruit

Couleur de la flamme Bleue jaune

Observations éventuelles sur

le tube (suie, buée…) Buée Suie, buée

Réactifs de la combustion

 Combustible  Comburant

butane Butane

Dioxygène Dioxygène

Produits de la combustion

Dioxyde de carbone + eau

Dioxyde de carbone + eau + monoxyde de carbone + carbone

Au début :

 Du butane : C’est le combustible.

 Du dioxygène : C’est le comburant.

Le dioxygène et le butane disparaissent au cours de la combustion : Ce sont les réactifs.

A la fin :

 Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l’eau de chaux qui se trouble).

 De l’eau (mis en évidence par le sulfate de cuivre anhydre)

Le dioxyde de carbone et l’eau apparaissent au cours de la combustion : Ce sont les produits.

2 C

4

H

10

+ 13 O

2

→ 8 CO

2

+ 10 H

2

O Butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

APPLICATIONS : Combustions du méthane et du propane.

De la même manière que la combustion du butane, on peut écrire les combustions du méthane (gaz de ville) et le propane (gaz pour les chaudières, le moteur et principal constituant du GPL pour les voitures).

Au début :

 Du butane : C’est le combustible.

 Du dioxygène : C’est le comburant.

Le dioxygène et le butane disparaissent au cours de la combustion : Ce sont les réactifs.

A la fin :

 Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l’eau de chaux qui se trouble).

 De l’eau (mis en évidence par le sulfate de cuivre anhydre)

 Du carbone (trace noire)

 Du monoxyde de carbone (invisible) Le dioxyde de carbone, l’eau le carbone et le monoxyde de carbone apparaissent au cours de la combustion : Ce sont les produits.

+ +

REACTIFS PRODUITS

NOM

méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

^{+ +}

Equation de la réaction avec

symboles CH

4

+ 2 O

2

CO

2

+ 2 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM

propane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

⁺

+

Equation de la

réaction avec symb. C

3

H

8

+ 5 O

2

3 CO

2

+ 4 H

2

O

4/ Combustions dans la vie courante.

A/ Les dangers du monoxyde de carbone

Douze élèves d'un collège de Niort ont été admis au centre hospitalier de Niort après avoir été intoxiqués au monoxyde de carbone lors d'une répétition musicale. Les adolescents, élèves de 6e, 5e et 4e du collège Henri-Martineau de Coulonges-sur-l'Autize, ont été admis en début de soirée au service des urgences pour des «maux de tête, malaises et vomissements», selon un responsable du service hospitalier. Six ambulances ont été dépêchées sur place . «Les premières analyses ont confirmé que douze collégiens avaient un taux de monoxyde de carbone bien supérieur à la normale», a indiqué le responsable des urgences. «Les collégiens devraient passer la nuit en observation, le temps que les taux redeviennent normaux », a-t-il précisé. Selon les premiers éléments de l’enquête, il semblerait que ce soit la chaudière à gaz défectueuse du collège qui a produit ce monoxyde de carbone.

Article de journal : Le parisien, 29 mars 2012

Chaque année, les journaux relatent des accidents dus à des systèmes de chauffage

défaillants ou aux bâtiments mal aérés.

Selon le Ministère, en France, il y a chaque année 5000 personnes intoxiquées : 1000 sont emmenés aux urgences

et 100 meurent.

Dans les chaudières défaillantes, la combustion (du fioul ou gaz) est incomplète et produit non seulement du dioxyde de carbone et de l’eau (comme dans le cas d’une combustion complète), mais aussi du carbone et du dioxyde de carbone.

Le monoxyde de carbone est un « gaz sournois » : il est inodore, incolore et non irritant, mais il est pourtant très toxique car il asphyxie ses proies. Il est aussi appelé « grand imitateur » car il donne souvent lieu à de faux diagnostics comme la grippe ou les gastro-entérites.

Lors de la respiration, le sang transporte en effet le dioxygène des poumons jusqu’aux cellules de l’organisme par l’intermédiaire d’une molécule, l’hémoglobine. Or le monoxyde de carbone se fixe 230 fois plus vite et plus facilement sur l’hémoglobine que le dioxygène. Le sang apporte alors aux cellules du monoxyde de carbone et non du dioxygène : c’est l’asphyxie.

Le seul remède à l’intoxication est alors de respirer du dioxygène à très fortes doses grâce à des masques ou en plaçant le patient dans un caisson rempli de dioxygène en surpression.

Enfin, pour faire face à ce genre d’accidents, il suffit de faire vérifier régulièrement les systèmes de chauffage et de ne jamais obstruer les bouches d’aération des habitations. Les carboxymètres (« mesureurs » de taux de CO) s’imposent petit à petit comme des outils de dépistages dans les endroit à risques. Les détecteurs de monoxyde de carbone arrivent dans les maisons, petit à petit.

Doc issu de la direction générale de la santé. www.sante.gouv.fr

% de monoxyde

de carbone dans l’air Conséquences sur la santé 0,02 % Maux de tête, vertiges, fatigue,

nausées, troubles visuels.

0,08 %

Maux de têtes, vertiges, nausées.

+ somnolence. Perte de connaissance en 45 min.

Tue en 2-3 heures

0,16 % Symptômes sévères après 20 min.

Tue en 1 heure

0,6 % Céphalées et vertiges en 1 à 2 min.

Tue en 15 min

1,3 % Perte de connaissance immédiate.

Tue en 2 min

10 % Tue instantanément

1/ Quel constituant du sang transporte le dioxygène dans l’organisme ?

C’est l’hémoglobine

2/ Pourquoi le monoxyde de carbone est-il qualifié de

« sournois » ?

Il est inodore, incolore, invisible, non irritant mais tue.

3/ Comment éviter la formation du monoxyde de carbone ?

Il faut nettoyer et faire vérifier les chaudières à fioul, à gaz, installer des détecteurs de CO.

4/ A partir de quel pourcentage de monoxyde de carbone dans l’air peut-on encourir un risque mortel rapide (2/3 h) ? A partir de 0,1 % de monoxyde de carbone dans l’air, on peut mourir en 2/3h

5/ Explique en une phrase pourquoi le monoxyde de carbone est dangereux pour la santé, par son mode d’action Le monoxyde de carbone prend la place du dioxygène dans le sang et entraine l’asphyxie.

6/ Combien de personnes meurent chaque année d’une intoxication au monoxyde de carbone ? Environ 100 personnes meurent d’une intoxication au monoxyde de carbone.

7/ Si une personne est intoxiquée au monoxyde de carbone, que faut-il faire pour la sauver ?

Il faut tout de suite aérer la pièce, appeler le SAMU et les pompiers, la ventiler, lui donner du dioxygène si vous en avez.

8/ Quels moyens existent pour détecter le monoxyde de carbone ? Il y a des détecteurs de monoxyde de carbone appelés carboxymètres.

B/ La combustion des cigarettes

1/ Combien la FUMEE de cigarette contient-elle de substances chimiques ? Plus de 4000 substances sont contenues dans la fumée de cigarettes !

2/ Cite 3 substances toxiques CANCEROGENES contenues dans les cigarettes : Cadmium, toluidine, goudrons, polonium 210 … sont des substances cancérogènes 3/ Quelle substance chimique entraine l’accoutumance (dépendance à la cigarette) ? C’est la nicotine.

4/ Quels sont les différents risques de maladie encourus par le tabagisme ?

Cancer du poumon, de la langue, des sinus, maladies des bronches, jaunisse, risques cardiovasculaires sont autant de risques encourus par le tabagisme

5/ En admettant que Jack : ( /3)

 fume en moyenne 10 cigarettes/ jour

 Qu’un paquet de cigarettes contient 20 cigarettes et coûte en moyenne 8 euros.

Aura-t-il économisé, au bout de 10 ans, suffisamment pour s’acheter la voiture électrique Renault ZOE qui coûte 12000 € ? Tu dois OBLIGATOIREMENT indiquer tous tes calculs et les EXPLIQUER !!!!!!!!!

Il dépense 4 euros par jour soit 3650 x 4 = 14600 euros en dix ans.

Il peut donc s’acheter la Zoé.

C/ Autres combustions

L’hexane C6H14

Le dihydrogène H2

Le fer Fe

REACTIFS PRODUITS

NOM

pentane + dioxygène

dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

+ +

Equation de la

réaction avec symb. C

5

H

12

+ 8 O

2

5 CO

2

+ 6 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM hexane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

+ +

Equation de la

réaction

2 C

6

H

14

+ 19 O

2

12 CO

2

+ 14 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM dihydrogène + dioxygène eau

Modèles moléculaires ⁺

Equation de la réaction

2 H

2

+ O

2

2 H

2

O

5/ La masse est-elle conservée lors d’une transformation chimique ?

Essayons d’aider notre ami tintin, embarqué à bord du célèbre sous-marin de la BD « Le Trésor de Rakham le Rouge »

Alors, qu’en penses-tu :

1/ Hypothèse + proposition d’expérience :

Je pense que Haddock a raison car la masse totale des molécules ne changera pas lors de la réaction chimique. En effet, les molécules ne peuvent pas sortir du sous-marin. Je vais peser les réactifs (craie + acide chlorhydrique) au début puis tout au long de la réaction avec une balance. Attention, il faut un bocal FERME.

Le matériel que je vais utiliser est : (On vient d’acquérir au labo des mini-flacons étanches avec bouchons et une seringue pour verser l’acide.)

Erlenmeyer fermé avec bouchon, craie, acide chlorhydrique, balance, spatule, pipette.

2/ Je réalise mon expérience…

proprement et dans le calme. (appelle le professeur )

3/ Ce que j’observe…

Les résultats CHIFFRES de mon expérience sont : AU début de l’expérience :

L’ensemble ( craie + acide dans l’erlenmeyer + bouchon) pèse 200,00 g

Au cours de l’expérience, la craie est rongée par l’acide et du dioxyde de carbone se forme.

La masse est et reste toujours de 200,00 g.

REACTIFS PRODUITS

NOM

fer + dioxygène

Oxyde de fer

Modèles moléculaires

+

Inventé (a une autre structure réelle)

Equation de la réaction 4 Fe + 3 O

2

2 Fe

2

O

3

Professeur, j’ai un problème ! Mon sous- marin ne remonte plus. Que puis- je faire ? Mon sous-marin est fermé ! J’ai un stock de craie, d’acide et de soude à bord, est-ce que cela peut m’aider ?

1

Tintin, tu peux essayer de mélanger les craies et l’acide. Ça produit un gaz (CO2 je crois) qui te fera remonter à la surface car il allègera ton sous-marin !

2

3

Je réalise un schéma légendé et PROPRE de l’expérience que j’ai faite et j’indique les résultats chiffrés:

4/ Ce que je conclus : Réponds à la question.

Mon hypothèse de départ était bonne. Capitaine Haddock avait raison : Le sous-marin ne remontera pas à la surface avec cette méthode. Tournesol s’est trompé, la masse ne change pas au cours de la transformation chimique.

5/ Mais pourquoi la masse se conserve au cours d’une transformation chimique ?

a/ La réaction chimique qui a eu lieu peut être modélisée de la manière suivante : Réecris-la de manière conventionnelle (avec les symboles : ….+ …..  …..+……)

b/

L’équation de la transformation chimique qui a lieu est :

CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + CO2 + H2O

b/ Explique la célèbre maxime de

Antoine LAVOISIER

(18^ème siècle), père de la chimie moderne.

Il y a conservation des atomes de chaque sorte(conservation des éléments) durant cette réaction chimique : ce qui change est leur arrangement et leur disposition.

Rien ne se perd (les atomes sont conservés), rien ne se crée (aucune création de nouveaux atomes), tout se transforme (les atomes se réarrangent durant la transformation chimique)

Et que dit Einstein de tout cela ? E = mc² …

Durant l’année miraculeuse de 1905, Einstein stipule que l’énergie d’un corps au repos est donné par la relation :

Cette relation, dit Einstein, permet de comprendre que si un corps perd de l’énergie, il perd aussi de la masse ! (application de cette relation: radioactivité – accélérateur de particules…)

Durant cet exercice, il est préférable d’utiliser les puissances de 10

Prenons un exemple : Un homme normal mange environ 1,0 kg de nourriture/boisson par repas.

1/ Calculer l’énergie contenue dans ce 1 kg de nourriture/boisson ? E=mc² = 1,0 x (3,0 x 10⁸) = 9,0 x 10¹⁶ J = 90 000 milliards de joules

2/ Sachant qu’un Homme a besoin de 2400 kcal ≈ 10 000 kJ ≈10 000 000 J = 1,0 x 10⁷ J par jour pour vivre, combien de temps pourrait –il vivre avec ce kilogramme de nourriture si la totalité de l’énergie qu’il contient était utilisée ?

Pour 1 jour, un homme consomme 1,0 x 10⁷J Pour x jours, un homme consomme 9,0 x 10¹⁶ J

x= 9,0 x 10¹⁶ / 1,0 x 10⁷ = 9,0 x 10⁹ jours = 9 milliards de jours = environ 25 millions d’années E : énergie en Joule (J)

m : masse en kilogrammes (kg)

c : vitesse de la lumière dans le vide = 300 000 000 m/s = 3,0 x 10⁸ m/s

H

C

H

C

C

C

Ca

Ca

O

O

C O

O C

O _{H H}

+ + +

O

Durant la digestion de ce repas, il y a des centaines de réactions chimiques qui dégradent les aliments et libèrent de l’énergie (sous forme de chaleur, d’énergie chimique …) et alimentent en énergie nos muscles, notre cerveau, et maintiennent notre température à 37 °C, par exemple. Un repas libère habituellement 800 kcal ≈ 3300 kJ ≈ 3 300 000 J= 3,3 x 10⁶ J .

3/ Quelle serait la masse d’un corps au repos possédant cette énergie de 3 300 000 J ?

m = E/c² = 3 300 000/ 3,0 x 10⁸ = 0,011 kg = 3,7 x 10^-11 kg ≈ 0,037 ng (nanogramme) 0,37 milliardième de gramme

Cette masse, que tu viens de calculer, est la perte de masse engendrée par les réactions chimiques lors d’une digestion.

4/ Pour avoir le % age de la masse perdue, faites le calcul : masse perdue lors du repas

masse de nourriture ingérée lors du repas x 100 masse perdue lors du repas

masse de nourriture ingérée lors du repas x 100 = 3,7 x 10^-11/1 x 100= 3,7 x 10^-9 %

5/ Ouverture : Pourquoi a-t-on besoin de manger autant ? Lavoisier, en stipulant « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme », se trompait-il beaucoup ?

En fait, on peut considérer qu’il y a conservation de la masse lors d’une transformation chimique. La perte de masse est négligeable. Il faut manger beaucoup car les réactions chimiques libèrent peu d’énergie.

D/ Bilan

Lors d’une transformation chimique, le nombre et la nature des atomes se conservent. La masse se conserve car tous les petits atomes qui ont une masse se conservent.

6/ La masse est-elle conservée lors d’une transformation physique et d’un mélange ? (rappel)

Lors d’une

transformation physique comme une dissolution ou un changement d’état

LA MASSE SE CONSERVE

car le nombre et la nature de molécules (à fortiori

d’atomes) se conserve.

Seul l’arrangement spatial des molécules

change.

Lors d’un mélange, il ne passe rien, juste une juxtaposition de molécules entre elles : Ex mélange huile/eau

D’ailleurs, pourquoi l’huile flotte—t-elle sur l’eau ?