Chapitre 5 : Atomes et Transformation chimique

Chapitre 5 : Atomes et Transformation chimique
I. Notion d’atome ; Symboles chimiques des atomes
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.
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.
Dihydrogène
Dioxygène
Eau
Dioxyde de
carbone
Diazote
Méthane
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
Molécule
Modèle
III. Interprétation atomique et équation d’une transformation chimique
1) Réarrangement d’atomes
Exemple 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
Formules
des espèces
CH4
chimiques
Modèles
des espèces
chimiques
+
dioxygène
→
O2
+
eau
+
H2O
→
dioxyde de carbone
CO2
+
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
Formule des
espèces
C3H8
chimiques
Equation de
C3H8
la réaction
+
dioxygène
→
O2
+
5 O2
eau
+
H2O
→
4 H2O
dioxyde de carbone
CO2
+
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 !
craie
Schéma :
acide
chlorhydrique
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 :
Mélange d’acide
chlorhydrique et
de craie
Acide
chlorhydrique
........31,6 g.......
Avant la transformation.
gaz
produit
Craie
....... 31,6 g.......
Après la transformation.
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.