Matière 1 : l’air qui nous entoure

 

 
Histoire des Sciences :"Lavoisier et la composition de l’air"
Voici la description de l’expérience réalisée par Lavoisier en 1776 :

Lavoisier chauffe fortement pendant plusieurs jours du mercure dans une cornue. Il recueille de l’oxyde rouge à la surface du mercure et constate que le volume d’air de la cloche (à droite sur le dessin) a diminué de 0,14 litre. Le gaz restant dans la cloche ne permet plus la combustion d’une bougie et fait mourir une souris. Il l’appelle «azote » ce qui signifie « sans vie ». Ce gaz prendra ensuite le nom de diazote.

Dans un deuxième temps, il place l’oxyde de mercure dans une autre cornue et le chauffe : il récupère ainsi du mercure et 0,14 litre d’un gaz , »l’air vital », qui stimule la flamme d’une bougie et permet la respiration de la souris. Lavoisier renomme l'«air vital » en oxygène en 1777 à partir de la racine grecque oxys (acide, littéralement "âpre" d'après le goût des acides et gen?s (producteur, littéralement « qui engendre »). On l’appellera ensuite dioxygène.

En mélangeant ce nouveau gaz avec celui restant sous la cloche après la première opération, il retrouve le même volume d’air qu’au départ, soit 0,8 litre, et constate que ce mélange de gaz se comporte comme l’air : il n’éteint pas les lumières et ne fait pas périr les animaux.

a) Comment Lavoisier a appelé le gaz restant sous la cloche après la première opération ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Quel est son volume ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………
Surligne dans le texte les propriétés de ce gaz.

b) Comment Lavoisier a appelé le gaz produit lors de la seconde opération ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Quel est son volume ?
…………………………………………………………………………………………………………………
Surligne dans le texte les propriétés de ce gaz

c) Quelle est la composition de l’air (en pourcentage) que l’on peut déduire de cette expérience ?

 

Volume d’air (L)



Volume de diazote (L)



Volume d’air (L)



Volume de dioxygène (L)



 
Des analyses récentes ont montré que l’air sec est constitué d’environ 78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d’autres gaz. En utilisant un rapporteur, trace le diagramme circulaire représentant la composition de l’air ci-dessus. Souviens-toi qu’un cercle complet (100 %) correspond à 360 °.  

Air

100

360

Diazote

…………………

…………………

Dioxygène

…………………

…………………

Autres gaz

…………………

…………………


Diagramme :



 
La modélisation moléculaire de l’air  
   
Tu as déjà appris qu’un corps pur est constitué de "particules" toutes identiques appelées molécules.
Dessine, en utilisant le modèle moléculaire, l’air contenu dans un récipient fermé. On considère pour simplifier que l’air est composé de 80 % de diazote et de 20 % de dioxygène. Tu représenteras les molécules de diazote par des sphères bleues et les molécules de dioxygène par des sphères rouges.

Une atmosphère qui protège la planète

 
   

Dans l’atmosphère, deux gaz sont essentiellement consommés par les êtres vivants:

le dioxyde de carbone (0,035 % en vol.) qui, en présence de lumière et par photosynthèse, donne les glucides aux végétaux chlorophylliens;
le dioxygène (21 % en vol.), lors de leur respiration, qui sera utilisé par les cellules.

L’atmosphère comporte deux autres gaz indispensables à la vie:

- le diazote (78 % en vol.) est la source des nitrates qui, assimilés par les végétaux, permettent leur croissance;

- La vapeur d’eau (0 à 3 % en vol.), qui doit voyager pour permettre la vie terrestre et qui, lorsqu’il pleut, entraîne sur le sol les composés azotés formés dans l’atmosphère.

L’atmosphère est aussi l’isolant thermique de la planète. «  l'effet de serre »

La Terre renvoie par rayonnement, vers l’espace, une partie de la chaleur qu’elle a reçue du Soleil. Le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau, l’ozone,…, comme le vitrage d’une serre, retiennent une partie de ce rayonnement. Sans leur présence, la température moyenne sur notre planète serait beaucoup plus basse (moyenne estimée à –18°C).

La couche d’ozone: une protection contre le Soleil.

L’ozone, peu abondant dans l’atmosphère, l’est un peu plus entre 12 et 50 km d’altitude (stratosphère) à 90% ; les 10% restant se trouvent à proximité des villes et sont polluants.Sous l’action des rayons ultraviolets du Soleil, les molécules d’ozone se brisent, puis se reforment naturellement. Sans ce phénomène qui absorbe la majeure partie des rayons ultraviolets, la vie serait impossible sur Terre, du moins dans sa forme actuelle.


Questions :
  1. A quelle altitude est située la couche d’ozone qui nous protège ? De quoi nous protège la couche d’ozone ?
  2. Pourquoi est-il nécessaire de pressuriser l’intérieur d’un avion à partir d’une certaine altitude ?
  3. Quel nom est donné à la couche d’air de l’atmosphère dans laquelle nous vivons et où se produisent tous les phénomènes météorologiques ? Comment y varient la température et la pression quand l’altitude augmente ?
  4. Pourquoi l’effet de serre est-il indispensable à la vie sur Terre ?
  5. Quelle est l’influence des activités humaines sur l’effet de serre ?


 
La masse volumique dépend-elle de sa pression et de sa température ?

1) Décrire l’évolution de la masse volumique de l’air lorsqu’on s’élève en altitude

2) Rédiger une conclusion expliquant de quelles grandeurs dépend la masse volumique de l’air. En utilisant le vocabulaire suivant :

Masse volumique ; air ; masse ; volume ; température ; pression

 
L’air a t-il un volume propre?

La pression atmosphérique se mesure avec un ............................... .. L’unité utilisée est l'hectopascal (hPa). Pour mesurer la pression d’un gaz dans un récipient fermé, on utilise un ……………………………………..

Piston lâché

Piston appuyé

Piston tiré

Que devient le volume d’air ?



S’agit-il d’une compression ou d’une détente ?



 
Activité : PRESSION DE L’AIR DANS UNE SERINGUE
Expérience : on enferme 50 mL d’air dans la seringue munie du tuyau. Noter la valeur indiquée par le manomètre dans le tableau puis appuyer ou tirer sur le piston pour compléter le tableau
1°) Mesures Remplir le tableau ci-dessous 

Volume en mL


20

40

50

(au repos)

70

90

Pression en hPa






Etat de l’air(Comprimé / détendu)



normal



2°) Tracé du graphique: donner un titre.

    Représentez sur le papier millimétré le graphique de l’évolution de la pression en fonction du volume

On prendra 1cm pour 10mL sur l'axe des abscisses et 1 cm pour 250 hPa sur l'axe des ordonnées.

3°) Interprétation: que dire de l'évolution de la pression lorsque l'air est compressé et lorsqu'il est détendu?
 
Interpretation microscopique de la pression d’un gaz
 

Enzo gonfle le pneu de son vélo, mais c’est de plus en plus dur au fur et à mesure qu’il le gonfle.

Problème : Son pneu risque-t-il d’éclater ?

Observation de l’animation.  cochez la case « Montrer l’air à l’intérieur de la seringue »

a- A quoi correspondent les petits «grains de matière» dans la seringue ?

b- Pourquoi l’air est-il représenté par deux sortes de « grains de matière » ?

c- Quels mots utiliseriez-vous pour définir le mouvement des « grains de matière » contenus dans l’air de la seringue ?     ordonné      désordonné        rapide    lent

d- Déplacer le piston de la seringue et observer les chocs des « grains de matière » sur le piston. ( Utiliser la deuxième animation)

Recopier et compléter : Quand on comprime l’air de la seringue, il y a …… de chocs contre le piston, c’est pour cela que la pression………

 

Répondre au problème posé :en utilisant le modèle microscopique, expliquer à Enzo pourquoi un pneu peut éclater s’il est trop gonflé.