Chapitre 1 La composition de l`air de notre atmosphère

CHAPITRE 1 :
COMPOSITION DE L’AIR DE NOTRE ATMOSPHERE
1- Etude documentaire. Composition.
LA CHASSE AUX AIRS AVEC LAVOISIER
Lavoisier a décrit une expérience sur l’étude de l’air. En voici un extrait :
J’ai pris un matras A. J’ai introduit dans ce matras du mercure très pure. […] J’ai
allumé le feu dans le fourneau et je l’ai entretenu presque continuellement pendant
douze jours, de manière que le mercure fut échauffé presque au degré nécessaire pour
le faire bouillir.
Il ne c’est rien passé de remarquable pendant tout le premier jour. Le second jour,
j’ai commencé à voir surnager de petites parcelles rouges, qui pendant quatre ou cinq
jours ont augmenté en nombre. Au bout de douze jours, voyant que la calcination
(action de chauffer un corps à très haute température) du mercure ne faisait plus
aucun progrès, j’ai éteint le feu et j’ai laissé refroidir.
Le volume de l’air contenu tant dans le matras que sous la cloche était avant
l’opération de 50 pouces cubiques (unité de volume de l’époque). Lorsque l’opération
a été faite, ce même volume n’était plus que de 42 à 43 pouces cubiques […].
L’air qui restait après cette opération n’était plus propre à la respiration ni à la
combustion ; car les animaux qu’on y introduisait y périssaient en peu d’instants, et
les lumières s’y éteignaient sur le champ, comme si on les eût plongées dans de l’eau.
En réfléchissant sur les circonstances de cette expérience, on voit que le mercure
absorbe la partie salubre et respirable de l’air […] ; que la portion d ‘air qui reste est
une espèce de mofette (source gazeuse d'où s'échappe du dioxyde de carbone si la
température est inférieure à 100°C ; dans les régions volcaniques) incapable
d’entretenir la combustion et la respiration ; l’air de l’atmosphère est donc composé
de deux fluides élastiques de nature différente et pour ainsi dire opposée.
Traité élémentaire de chimie
Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794)
(version adaptée)
L’air est donc un mélange de gaz. Ce n’est pas un corps pur . C’est un mélange homogène car
on ne peut pas distinguer les différents composants.
Il est constitué de :
- diazote
- dioxygène
- dioxyde de carbone
- vapeur d’eau
- autres gaz (polluants, ozone,…)
C’est Mr LAVOISIER qui a été le premier scientifique à pouvoir donner la composition de
l’air de notre atmosphère
Antoine Lavoisier
1743 - 1794
Chimiste français,il a énoncé la première version de la loi de
conservation de la matière, identifié et baptisé l'oxygène (1778), et
participé à la réforme de la nomenclature chimique. Il est souvent
fait référence à Lavoisier en tant que père de la chimie moderne.
L'une des plus importantes recherches de Lavoisier a déterminé la
nature du phénomène de combustion. Ses expériences permirent de
démontrer que la combustion est un processus qui implique la
combinaison d'une substance avec l'oxygène. Il démontre également le rôle de l'oxygène dans
la respiration végétale et animale, ainsi que son rôle dans la formation de la rouille.
Les expériences de Lavoisier sont parmi les premières expériences chimiques véritablement
quantitatives jamais exécutées. Il a prouvé que, bien que la matière change d'état dans une
réaction chimique, la quantité de matière reste identique du début jusqu'à la fin de la réaction.
Pour simplifier, on considérera que l’air de notre atmosphère est principalement constitué de :
80 % de DIAZOTE
20 % de DIOXYGENE
Sacrés JOSEPH
Joseph Priestley (1733 – 1804)
Il est connu , entre autre, pour ses travaux de chimiste et de
physicien. En 1774, il découvre le dioxygène. Il s'agit d'une
découverte indépendamment faite par Carl Wilhelm Scheele et
Antoine Lavoisier2
De son vivant, Priestley jouit d'une réputation scientifique solide
du fait de sa découverte de l'eau gazeuse, ses traités sur
l'électricité, et ses études sur les différents "airs" (gaz), le plus
connu étant celui que Priestley baptise le « air déphlogistiqué »
(oxygène). Cependant, la détermination de Priestley à défendre
la théorie phlogistique et son rejet de ce la révolution chimique
naissant devaient en partie l'isoler du corps de la communauté
scientifique.
.
Joseph Black (1728 - 1799)
Chimiste et physicien écossais.
Il enseigna la chimie, la médecine et l'anatomie à
l'université de Glasgow de 1756 à 1766, puis la chimie à
l'université d'Édimbourg.
Vers 1754, il découvre le dioxyde de carbone, qu'il appelle
air fixe, mettant à mal la théorie du phlogiston encore
enseignée à cette époque.
En 1755, il reconnut le magnésium comme un élément.
En 1761, il découvre le phénomène de la chaleur latente
c'est-à-dire les échanges de chaleur liés à la fusion ou à
l'évaporation d'une substance et, trois ans plus tard, il
mesure la chaleur latente de la vapeur d'eau.
Son élève et assistant James Watt améliora plus tard la
première machine à vapeur.
.
2- Les propriétés de l’air.
2-1 : L’air a-t-il une masse ?
a) Expérience.
On pèse un ballon rempli d’air puis on le dégonfle en prenant soin de récupérer l’air dans
une bouteille de 1L. On pèse de nouveau le ballon.
b) Observations.
On constate que l’air qui s’échappe du ballon chasse et remplace l’eau présente dans la
bouteille.
D’autre part la masse du ballon a changé.
c) Conclusion.
On voit que 1,5litres d’air pèsent 1,3g donc 1L d’air a une masse de 0,86g.
Comme toute la matière, l’air est pesant.
Dans les conditions normales de température et de pression, la masse de 1L d’air est
d’environ 1 g.
2-2 : La pression de l’air.
a) Expérience.
On verse 4 à 5 mL d’eau dans une canette en aluminium.
On chauffe pendant un temps.
On retourne rapidement la canette sur une cuvette d’eau froide.
b) Observation.
On constate un écrasement de la canette.
c) Conclusion.
L’air de la canette est chassé et remplacé par la vapeur d’eau (provenant du changement
d’état eau liquide- vapeur d’eau).
Lorsqu’on introduit la canette dans l’eau froide, on condense brutalement la vapeur d’eau.
C’est la pression atmosphérique qui écrase alors de la canette.
La pression atmosphérique correspond au poids exercé par une colonne d’air sur une surface
donnée.
Pour mesurer la pression atmosphérique, on utilise :
un baromètre
ou
un manomètre
La pression possède différentes unités :
- Le Pascal (Pa) et son multiple l’hectoPascal (hPa)
- Le millimètre de mercure (mm Hg).760 mm Hg
- L’atmosphère (atm).
La pression atmosphérique normale est de 101 300 Pa soit 1 013 hPa ce qui correspond à 1
atm.
Autre expérience :
L’expérience consiste à mettre en relation une bulle d’air emprisonnée au sommet du tube à
essai avec l’air extérieur, par l’intermédiaire d’un tuyau souple. Sous l’effet de la pression
atmosphérique, le niveau d’eau dans le tube redescend au niveau de l’eau dans la cuvette.
Blaise Pascal (1623 - 1662 )
C’est un mathématicien et physicien, philosophe, moraliste et
théologien français.
Les tout premiers travaux de Pascal concernent les sciences
naturelles et appliquées. Il contribue de manière importante à la
construction d’une calculatrice mécanique (la « Pascaline ») et à
l’étude des fluides. Il a clarifié les concepts de pression et de vide,
en étendant le travail de Torricelli. Pascal a écrit des textes
importants sur la méthode scientifique.
Mathématicien de premier ordre, il crée deux nouveaux
champs de recherche majeurs : tout d’abord il publie un traité
de géométrie projective à seize ans ; ensuite il correspond,
à partir de 1654, avec Pierre de Fermat à propos de la théorie
des probabilités, qui influencera fortement les théories économiques
modernes et les sciences sociales.
2-3: L’air a-t-il un volume propre ?
a) Expérience
On mesure à l’aide d’un manomètre la pression de l’air contenu dans une seringue.
On enfonce le piston de celle-ci puis on le tire. A chaque fois, on note la valeur indiquée par
le manomètre.
b) Observations
On constate que le volume d’air contenu dans la seringue est plus petit (situation 1) et plus
grand (situation 2).
Pourtant la quantité d’air est la même.
c) Conclusions
L’air, comme tous les autres gaz, n’a pas de volume propre.
Il est compressible et extensible : on peut faire varier son volume sans en changer la quantité.
En resserrant les molécules les unes contre les autres (compression, la pression augmente).