Les atomes pour comprendre la transformation chimique

Document du professeur 1/6
ème
représentation
C’est
la 4
Niveau
2.
Physique – Chimie
LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA
TRANSFORMATION CHIMIQUE
Programme
Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril
2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de
compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006).
A – De l’air qui nous entoure à la molécule
LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE
Connaissances
Capacités
Exemples d'activités
Lors des combustions, la
Réaliser des modèles moléculaires Illustration à l'aide de modèles
disparition de tout ou partie des
pour les réactifs et les produits des moléculaires compacts ou de
réactifs et la formation de produits combustions du carbone, du butane simulations des réactifs et des
correspondent à un réarrangement et/ou du méthane (aspect qualitatif produits des deux ou trois réactions
d'atomes au sein de nouvelles
et aspect quantitatif).
chimiques suivantes :
molécules.
- carbone + dioxygène
dioxyde de carbone ;
- butane + dioxygène
dioxyde de carbone + eau ;
- méthane + dioxygène
dioxyde de carbone + eau.
Les atomes sont représentés par des Utiliser les langages scientifiques à Utilisation d’un logiciel de
l’écrit et à l’oral pour interpréter
présentation de molécules.
symboles, les molécules par des
les formules chimiques
[B2i]
formules (O2, H2O, CO2, C4H10
et/ou CH4).
L'équation de la réaction précise le Écrire les équations de réaction
sens de la transformation.
pour les combustions du carbone,
du butane et/ou du méthane et
Les atomes présents dans les
expliquer leur signification (les
produits (formés) sont de même
atomes présents dans les produits
nature et en même nombre que
formés sont de même nature et en
dans les réactifs.
même nombre que dans les
réactifs).
Pré requis de l’élève
o L’élève sait ce qu’est la transformation chimique.
o L’élève sait traduire une transformation chimique par une réaction chimique.
Mots clefs
o atome
o équation
o formule chimique
o modèle moléculaire
© PIERRON 2007
o
o
o
o
molécule
réaction chimique
symbole chimique
transformation chimique
Les atomes pour comprendre
la transformation chimique (page 1)
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Prévoir
Matériel
Poste élève
Référence
o Une boîte de modèles moléculaires compacts 00137
o Logiciel Equation (version établissement)
21649
o Logiciel Equachim (version établissement)
20487
Poste professeur
o Modèles moléculaires sur tableau
00144
Remarques, astuces
o Représenter les modèles moléculaires et les formules chimiques des molécules constitue un
exercice que l’élève de 4ème maîtrise rapidement.
o En revanche, l’écriture d’équations équilibrées représente une réelle difficulté. Il est nécessaire
de compléter les deux (trois) équations du programme par d’autres exemples et si possible
d’utiliser un logiciel d’écriture d’équations.
o La maîtrise de cette écriture est d’autant plus importante en classe de 4ème que, dans le
programme de 3ème appliqué à la rentrée 2008, aucune équation ne figure chimie.
o Attention à l’utilisation du vocabulaire précis :
Un système chimique est un mélange d’espèces chimiques qui peut se décrire, à notre échelle,
par la nature et la quantités des espèces en présence, leur état physique (solide, liquide ou
gazeux), la température et la pression.
Lorsque ce système évolue pour former des espèces nouvelles, le passage de l’état initial à
l’état final s’appelle une transformation chimique
Une transformation chimique se traduit par une équation chimique qui s’écrit en toutes lettres
et dans laquelle n’interviennent que les espèces réellement mises en jeu (en particulier dans le
cas des réactions ioniques, les ions dits « spectateurs » ne sont pas écrits dans la réaction
chimique)
L’équation chimique symbolise la réaction chimique : elle s’écrit en utilisant les symboles et
les formules et doit respecter la règle de conservation des atomes,
La combustion du carbone se traduit pas la réaction chimique :
carbone + dioxygène
dioxyde de carbone
qui se symbolise par l’équation chimique :
C +
O2
CO2
La combustion du méthane se représente par l’équation :
CH4
+
2 O2
CO2
+
2 H2O
qui symbolise la réaction chimique
méthane + dioxygène
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dioxyde de carbone + eau
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la transformation chimique (page 2)
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Prolongements
o La notion d’atome n’est pas nouvelle puisque des savants
grecs du Vème siècle avant J.C. – Leucippe et Démocriteavaient déjà imaginé que la matière était constituée de particules
insécables ce qui, en grec, se dit « atomos ». A cette époque,
bien sûr, les notions de molécules et d’atomes étaient
confondues. Cette théorie tomba dans l’oubli, des savants très
réputés tel Aristote défendant la théorie des quatre éléments l’eau, la terre, l’air et le feu -. Il fallut attendre le début du
XIXème siècle pour que la théorie atomique soit reprise,
notamment dans l’ouvrage intitulé « A new system of chemical
philosophy » dû au chimiste britannique John Dalton (17661844) et publié en 1808.
o La notation symbolique des éléments vit le jour peu après à
l’initiative du chimiste suédois Jöns Jakob Berzélius (17791848). Elle était quelque peu différente de celle que nous
connaissons aujourd’hui. Ainsi un H barré voulait dire deux
atomes d’hydrogène. Un simple point représentait l’oxygène,
très employé dans les formules.
o La modélisation atomique d’une réaction chimique fut
réalisée correctement pour la première fois par le Français
Marc-Antoine Gaudin (1804-1880) : Gaudin représente
l’atome d’oxygène par un simple cercle et l’atome d’hydrogène
par un cercle avec un point à l’intérieur.
Représentation de
la synthèse de
l’eau par Gaudin.
Pistes d’évaluation
Expérimentales
Théoriques
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-
Construire les modèles moléculaires
Ranger la boîte de modèles moléculaires.
Répondre à la question de l’activité 1
Compléter le tableau de l’activité 2
Compléter la conclusion des activités 1 et 2
Répondre aux questions de l’activité 3
Ecrire l’équation de la combustion du carbone
Répondre aux questions de l’activité 4
Ecrire l’équation de la combustion du méthane
Compléter la conclusion des activités 3 et 4
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Nom :
Prénom :
Classe :
Date :
Physique – Chimie
LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA
TRANSFORMATION CHIMIQUE
Objectifs :
•
•
•
Savoir que les molécules sont constituées d’atomes ;
Écrire les formules chimiques de quelques molécules et les représenter par leur modèle moléculaire ;
Traduire les combustions du carbone et du méthane par une équation.
ACTIVITÉ 1 : Représentation de la molécule d’eau
Nom de Carbone Hydrogène Oxygène
l’atome
Symbole
C
H
O
Modèle
Les molécules sont constituées d’un nombre fini d’atomes.
On représente une molécule par sa formule chimique en
utilisant les symboles des atomes ou par son modèle
moléculaire dans lequel chaque espèce d’atomes
correspond à une sphère de couleur.
1. Construire le modèle moléculaire d’une molécule d’eau à
l’image du modèle photographié ci-contre.
2. De quels atomes est composée une molécule d’eau ?
Une molécule d’eau est formée de deux atomes
d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.
3. La molécule d’eau est représentée par la formule chimique :
Le nombre d’atomes d’une espèce donnée intervenant dans la formule
d’une molécule se note en indice à droite de l’espèce considérée : ici, pour
l’hydrogène, le nombre d’atomes est 2.
Le nombre d’atome d’oxygène est 1 mais le nombre 1 ne s’écrit jamais dans une formule.
ACTIVITÉ 2 : Représentation d’autres molécules
En vous inspirant de l’exemple de la molécule d’eau, compléter le tableau.
Nom de la molécule
Dioxygène
Composition atomique
o 2 atomes d’oxygène
Modèle moléculaire
Formule chimique
O2
Dioxyde de carbone
Méthane
© PIERRON 2007
o
o
1 atome de carbone
2 atomes d’oxygène
CO2
o
o
1 atome de carbone
4 atomes d’hydrogène
CH4
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Butane
o
o
4 atomes de carbone
10 atomes d’hydrogène
C4H10
Une molécule se représente par sa formule chimique ou son modèle moléculaire.
La formule chimique de l’eau s’écrit H2O, celle du dioxygène O2 .
Le dioxyde de carbone, le méthane et le butane ont respectivement comme
formules chimiques C, CH4 et C4H10 .
ACTIVITÉ 3 : Écriture de l’équation de combustion du carbone
1. La combustion du carbone est une transformation chimique au cours de laquelle des réactifs
disparaissent et un produit apparaît. Elle se traduit par la réaction chimique :
carbone +
dioxygène
dioxyde de carbone
Quels sont les réactifs (espèces chimiques présentes avant la transformation) ?
Les réactifs sont le carbone et le dioxygène.
Quel est le produit (espèce chimique présente après la transformation) ?
Le produit est le dioxyde de carbone.
2. Dans la réaction chimique écrite, comme il se doit, en toutes lettres ci-dessous, continuer à remplacer
les noms des réactifs par leur modèle moléculaire puis par leur formule chimique.
carbone
+
dioxygène
+
dioxyde de carbone
+
C
O2
CO2
L’écriture de la dernière ligne s’appelle l’équation de la réaction chimique.
3. Combien d’atomes de carbone avez-vous écrit
- dans les réactifs ? un
- dans les produits ? un
Combien d’atomes d’oxygène avez-vous écrit
- dans les réactifs ? deux
- dans les produits ? deux
Que remarquez-vous ?
Il y a le même nombre d’atomes de carbone et d’oxygène dans les réactifs et dans le produit.
Règle générale :
Au cours d’une transformation chimique, le nombre et la nature des atomes se conservent : les
atomes des réactifs s’associent différemment pour former le(s) produit(s).
ACTIVITÉ 4 : Écriture de l’équation de combustion du méthane
1. La combustion du méthane se traduit par la réaction chimique ci-dessous.
méthane
+
dioxygène
dioxyde de carbone
+
eau
Quels sont les réactifs ?
Les réactifs sont le méthane et le dioxygène.
Quels sont les produits ?
Les produits sont le dioxyde de carbone et l’eau.
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Les atomes pour comprendre
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2. Dans l’équation chimique commencée ci-dessous, continuer à remplacer les noms des réactifs par leur
formule chimique.
méthane
+
dioxygène
dioxyde de carbone
+
eau
CH4
+
O2
CO2
+
H2 O
L’équation que vous venez d’écrire n’est pas équilibrée comme vous allez le vérifier.
3. Combien d’atomes de carbone avez-vous écrit
- dans les réactifs ? un
- dans les produits ? un
Combien d’atomes d’hydrogène avez-vous écrit
- dans les réactifs ? quatre
- dans les produits ? deux
Combien d’atomes d’oxygène avez-vous écrit
- dans les réactifs ? deux
- dans les produits ? trois
Que remarquez-vous ?
Il n’y a pas le même nombre d’atomes d’hydrogène et d’oxygène dans les réactifs et dans les produits.
Il est donc nécessaire d’équilibrer l’équation de manière à ce que le nombre d’atomes de chaque
espèce soit le même dans les réactifs et dans les produits.
4. Il faut examiner chaque type d’atome et compter :
-
Atomes de carbone : l’équilibre est réalisé ;
-
Atomes d’hydrogène : il y a 4 atomes d’hydrogène dans CH4 ; il est nécessaire de retrouver ces
4 atomes dans les produits c'est-à-dire ici dans l’eau :
Combien de molécules d’eau faut-il écrire ? Il faut en écrire deux.
-
Atomes d’oxygène : après avoir écrit le nombre nécessaire de molécules d’eau, compter les
atomes d’oxygène dans les produits (le dioxyde de carbone et l’eau).
Il y a 4 atomes d’oxygène dans les produits (2 dans CO2 et 2 dans 2 H2O) :
il faut donc écrire 2 molécules de dioxygène soit 2 O2.
Compléter ci-dessous l’écriture de l’équation équilibrée ainsi que la représentation des modèles
moléculaires correspondants.
CH4
+
2 O2
CO2
+
2 H2 O
Ranger la boîte de modèles moléculaires.
Compléter la phrase suivante :
« Lors de la combustion du méthane, une molécule de méthane réagit avec deux molécules de
dioxygène et il se forme une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau. »
Une réaction chimique se symbolise par une équation qui respecte la règle de
conservation des atomes.
La combustion du carbone se représente par l’équation :
C
+ O2
CO2
La combustion du méthane se traduit par l’équation :
CH4
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+ 2 O2
CO2
+
2 H2O
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