Partie I : De l’air qui nous entoure à la molécule…
Chapitre 1 : L’air qui nous entoure
Qu’est-ce que l’air ? L’air est un gaz. L’air qui nous entoure est-il un corps pur ? Est-ce que vous rappelez ce qu’est un corps pur ? (Programme de 5ème.) Un corps pur n’est constitué que d’une seule substance chimique, contrairement à ? A un mélange, qui comporte plusieurs substances chimiques.
Dans l’antiquité, le philosophe et savant grec Aristote pensait que la matière était constituée de 4 éléments : l’eau, le feu, la terre et l’air. On considérait donc que l’air était un corps pur. Jusqu’à l’arrivée de Lavoisier.
Antoine Laurent de Lavoisier : 1743 – 1794. Créateur de la chimie. Pourquoi ? Son métier n’était pourtant pas d’être scientifique, mais percepteur d’impôts (« fermier général ») ! Cependant, cette fonction lui donnait accès 1 à une fortune colossale, 2 à la balance la plus précise d’Europe, ce qui lui a permis de réaliser des expériences avec des quantités précises de produits, donc à faires des constatations d’une précision inégalée jusqu’alors. Auparavant, la science qui se rapprochait le plus de la chimie était l’alchimie (science qui cherchait à transformer le plomb en or) où les savants faisaient peu d‘ expériences, mais imaginaient souvent des procédures théoriques.
Lavoisier est mort en 1794. Quelle période ? La révolution française ! Comment est-il mort à votre avis ? Guillotiné ! Et oui, en tant que fermier général, il était parmi les riches et les puissants, donc les ennemis de la révolution. Avant son exécution en 1794, il aurait demandé un sursis pour achever une expérience, ce à quoi le président du tribunal révolutionnaire aurait répondu : « La République n’a pas besoin de savants ni de chimistes ; Le cours de la Justice ne peut être suspendu. » Le lendemain de son exécution, un mathématicien célèbre, Louis Lagrange, dira : « Il ne leur a fallu qu’un moment pour faire tomber cette tête, et cent années, peut-être, ne suffiront pas pour en reproduire une semblable. »
En 1776, le français Antoine Lavoisier, qu’on considère donc aujourd’hui comme le père de la chimie moderne, réalisa une expérience qui prouvait que le modèle des 4 éléments était faux. On va étudier cette expérience de plus près.
I. Quelle est la composition de l’air ? Document 1 – Expérience de Lavoisier. 1776.
Première opération
Il chauffe pendant plusieurs jours du mercure dans une cornue reliée à une cloche remplie de 0,8 L d’air. L’air est enfermé dans la cloche par de l’eau.
Quelques jours plus tard, il recueil des plaques rougeâtres à la surface du mercure et constate que le volume d’air dans la cloche a diminué de 0,14 L.
Le gaz qui reste sous la cloche éteint la flamme d’une bougie et fait périr les animaux.
Deuxième opération
Il recueille les plaques rougeâtres et les place dans une autre cornue puis il la chauffe.
Il récupère alors du mercure et 0,14 L d’un gaz. En mélangeant ce gaz avec celui restant sous la cloche, il retrouve le volume d’air du départ : 0,8 L.
Il constate que ce mélange de gaz se comporte comme l’air : Il n’éteint pas les flammes et ne fait pas périr les animaux.
Interprétation de Lavoisier : L’air est un mélange constitué de deux gaz : celui qui éteint la flamme et fait périr les animaux (le plus présent) et celui qui, au contraire, entretient la flamme et maintient les animaux en vie.
air cornue
mercure
Etudiez les trois documents, et répondez aux questions suivantes :
L’air est-il un corps pur ou un mélange ?
Si c’est un mélange, quels sont les deux principaux gaz constituant l’air ?
Dans quelles proportions (quel pourcentage) sont-ils présents ?
L’air est un mélange de gaz (ce n’est pas un corps pur), composé principalement de diazote (environ 80% en volume) et de dioxygène (20%), mais aussi d’autres gaz, présents en faible quantité.
Le dioxygène de l’air est indispensable à la respiration, donc à la vie.
Remarques :
- Vous entendez souvent parler d’ »oxygène ». Le gaz oxygène, n’existe pas. Le gaz que nous respirons s’appelle le dioxygène. Un des objectifs du programme de chimie de cette année est de voir quelle différence on fait en chimie entre oxygène et dioxygène.
- Pourquoi le diazote fait-il périr les animaux ? Simplement parce qu’il n’est pas du dioxygène, c’est le cas de tous les autres gaz qui ne sont pas le dioxygène. Simplement, c’est ainsi qu’on a choisi le nom du diazote, un des premiers gaz autres que le dioxygène découvert.
Composition de l’air d’après l’IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) :
Gaz Proportion du Volume de l’air
diazote 78,084 %
dioxygène 20,946 %
argon 0,934 %
dioxyde de carbone 0,033 %
néon 0,0018 %
hélium 0,000524 %
méthane 0,00016 %
krypton 0,000114 %
dihydrogène 0,00005 %
protoxyde d’azote 0,00003 %
xénon 0,0000087 %
Parmi ces gaz, lequel reconnaissez-vous ? Le dioxyde de carbone. Pourquoi le connaissez-vous ? Parce qu’il pollue ! Comment pollue-t-il ? C’est notamment ce dont on va parler dans la suite de ce chapitre :
Document 2 – Gaz présents dans l’air.
Depuis 1776, nos connaissances ont évolué et on sait qu’en plus des deux gaz principaux identifiés par Lavoisier, l’air contient d’autres gaz (mais à moins de 1 %). Le tableau suivant présente tous les gaz présents dans l’air à plus de 0,001 % :
Gaz Etymologie de son nom
Diazote Du grec « azote » signifiant : sans vie
Dioxygène Du grec « oxygène » signifiant : générateur d’acide Argon Du grec « argos » signifiant : paresseux.
Dioxyde de carbone
Appelé à l’origine « gaz carbonique » car issu de la combustion du charbon.
néon Du grec « neon » signifiant : nouveau.
Document 3 – Maths : Calculer un pourcentage.
Une bouteille de 1,5 L contient 0,9 L d’eau et 0,6 L d’air. Quel pourcentage du volume de la bouteille est occupé par de l’eau ?
La fraction de l’eau dans la bouteille est : 0,9
1,5× 100 = 0,6 × 100 = 60 %
L’eau occupe 60 % du volume de la bouteille et l’air occupe donc les 40 % restants..
II. Pollutions de l’air
Il y aurait tant à dire sur la pollution de l’air qu’une année entière de cours de physique sur le sujet ne suffirait pas à tout dire. Pour parler de pollution, j’ai décidé d’être pratique et de traiter un exemple très parlant.
Je souhaite m’acheter une voiture, mais hésite entre un moteur à essence et un moteur Diesel. Soucieux de l’environnement, je me demande lequel pollue le moins.
Document 1 – Emission de gaz à effet de serre
Parlons tout d’abord du dioxyde de carbone (noté souvent CO2). Ce gaz est l’un des principaux gaz à effet de serre (avec la vapeur d’eau), et sa présence de plus en plus importante dans l’atmosphère est responsable du réchauffement climatique sans précédent observé au cours du siècle dernier.
Les moteurs diesel et à essence produisent tous deux du dioxyde de carbone, mais les voitures à essence en produisent bien plus que les moteurs diesel (-25 %). Un point pour le diesel donc.
Cependant, le CO2 n’est pas seul responsable de la pollution atmosphérique ! Document 2 – Emission de particules fines
Le diesel émet des fumées noirâtres. Une fumée est visible, donc n’est pas constituée de gaz (transparent et souvent invisible), mais de particules solides ou liquides en suspension dans l’air. Dans le cas des fumées du moteur Diesel, il s’agit de particules fines (appelées benzopyrènes) cancérigènes et responsables d’allergies, et de maladies cardio- pulmonaires. Ces particules sont dites « fines » car elles sont trop petites pour être vues à l’œil nu, mais elles restent beaucoup plus grosses que les particules qui constituent les gaz de l’atmosphère.
C’est un point de marqué pour le moteur à essence…
Documents librement adaptés de l’article : http://www.consoglobe.com/moteur-pollue-essence-diesel-3966-cg
Questions
1) De quoi l’augmentation de la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère est-elle responsable ? Quel moteur produit le plus de dioxyde de carbone ?
L’augmentation de la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère est responsable du réchauffement climatique. Les moteurs à essence produisent plus de dioxyde de carbone que les moteurs Diesel.
2) Qu’est-ce qu’une fumée, comment peut-on être sûr qu’une fumée n’est pas constituée de gaz ?
Une fumée est constituée de particules solides ou liquides en suspension dans l’air. Une fumée est visible, alors qu’un gaz est invisible, une fumée n’est donc pas constituée de gaz.
3) De quoi sont responsables les particules fines émises par le moteur Diesel ? Comment peut-on s’en protéger ? Les particules fines sont responsables de cancers et d’allergies. On peut s’en protéger avec un masque à particules.
4) Finalement, peut-on choisir facilement entre le moteur à essence et le moteur Diesel ? Quelle est la meilleure solution pour lutter efficacement contre la pollution des voitures ?
Les deux moteurs polluent différemment, il est difficile de choisir. La meilleure solution est d’éviter les trajets inutiles, de privilégier le covoiturage, bref, quand c’est possible, de rouler moins !
