cours de Mr Jacques sciences 5h

G-M Jacques
3 ème sciences générales (5p./sem)

Chimie, vous avez dit chimie … ?
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« la chimie, disait un de mes vieux profs, c’est tout ce qui pue et tout ce qui pète. »
Mais encore … ?
1.1. Pour vous, la chimie, c’est quoi ?
CHIMIE
Commençons par un travail de groupe. Vous disposez de quelques documents, d’un paquet de vieilles revues,
de papier, ciseaux, colle …
Vous devez confectionner une affiche expliquant ce que, pour vous, signifie le mot chimie. Vous présenterez
ensuite votre affiche devant l’ensemble de la classe.
1. En guise de synthèse, élaborez une définition de la chimie
2
G-M Jacques

D
POUR EN SAVOIR PLUS...
LA POLLUTION DES MERS
e plus en plus, l’homme se sert de la mer
comme d’une poubelle. Parfois de
manière directe, comme ces pétroliers
qui vont y nettoyer leur cuve, (on estime
à plusieurs milliers de tonnes la quantité de
pétrole ainsi déversée chaque année), mais aussi
de façon indirecte : tous les égouts des
agglomérations, les déchets d’usines etc.. sont
rejetés dans les rivières trop souvent après une
épuration sommaire. Ces rivières emmènent
ensuite ces déchets jusqu’à la mer. La partie
organique des déchets est naturellement
décomposée, mais la plupart des produits de
synthèse (c’est-à-dire fabriqués par l’homme par
voie chimique) ne le sont pas. Il s’ensuit des
conséquences très graves pour la vie marine :
CHIMIE ET POLLUTION
3
soit ces déchets provoquent la mort directe de
certaines espèces animales ou végétales, soit ils
les asphyxient. Le pétrole, bien qu’étant un
produit naturel, répandu en trop grande
quantité à la surface de l’eau empêche la
lumière de pénétrer, entraînant la mort des
algues chlorophylliennes et les empêchant par le
fait même de produire l’oxygène nécessaire aux
poissons, mais aussi à l’homme.
A l’inverse, certains produits comme les nitrates
ou les phosphates provenant d’un excès
d’engrais chimiques répandus sur les champs par
certains agriculteurs provoquent une
prolifération excessive de certaines algues, ce
qui est tout aussi nuisible pour la vie sous
marine.
L
es voitures et le besoin de mobilité de l’homme occidental consommation des voitures : aujourd’hui, dans une voiture, 100
engloutissent quantité d’énergie et provoquent une kg de matières plastiques remplacent 200 à 300 kg de
pollution jamais atteinte jusqu’ici. Cette pollution matériaux conventionnels (surtout des métaux) Rien que ceci
augmente l’effet de serre sur la terre et provoque signifie une économie de carburant de 750 litres pour une
inexorablement un réchauffement climatique. Parce que la durée de vie moyenne d’une voiture, soit 150 000 km. De plus,
voiture est irremplaçable, il est indispensable de la rendre plus ces matières plastiques sont presqu’intégralement recyclables,
propre. L’industrie chimique produit aujourd’hui des nouveaux toujours grâce à la chimie.
matériaux permettant d’améliorer considérablement la
Chimie et eau potable
Des chiffres montrent qu’en ce début de 21 ème siècle, au moins un quart de la population mondiale n’a pas d’accès à l’eau
potable. Chaque jour, des milliers d’enfants meurent par manque d’eau pure. Des conduites en matière plastique
constituent des éléments indispensables pour approvisionner en eau potable de manière efficace, hygiénique et
économique, les régions les plus reculées.
Tomber amoureux : un « bête »
phénomène chimique ?
La chimie est partout, à commencer dans la nature ellemême
et jusqu’au sein de notre propre corps : lorsque
nous tombons amoureux, la chimie agit dans tout notre
organisme : nous fabriquons des substances qui font
battre notre cœur plus vite, qui nous donnent des
frissons et qui renforcent nos défenses : quand on est
amoureux, on est beaucoup moins malade.
G-M Jacques

La Chimie ... mais qu'est ce donc ? 1
On entend souvent :"Non, ne mange pas cela, c'est dangereux c'est chimique, " ou encore "C'est plein de
produits chimiques".
Mais qu'est ce qu'un produit chimique et surtout que ferions nous sans chimie dans notre vie
quotidienne ?
La chimie est une science expérimentale qui étudie les substances, leurs structures et les
réactions qui les transforment.
Tout est chimique !
Lorsque l'on parle de "produits chimiques" dans le langage courant, on désigne souvent des produits fabriqués
de façon industrielle par l'industrie chimique. Souvent ce terme est associé à tort aux notions de toxicité ou de
dangerosité !
Pourtant, dans notre vie quotidienne, si aucun produit chimique n'existait, nous ne vivrions pas !
En effet, la chimie fait partie de la vie de tous les jours. Les plantes fabriquent grâce à la lumière les substances
nutritives dont elles ont besoin en captant les gaz dissous dans l'air (du gaz carbonique en particulier) et
puisant dans le sol de l'eau et des sels minéraux. Elles font de la chimie !
Lorsque l'on chauffe un aliment, quand on cuit un œuf, des pâtes, ... Nous faisons également de la chimie ! On
modifie à l'aide de chaleur (une source d'énergie) la structure et le goût des aliments.
Tous les produits de beauté, parfums, crèmes ont une origine chimique ! Ils sont créés ou synthétisés à partir
de briques de constructions (des atomes et des molécules) que l'on fait réagir entre eux. Soit en imitant et
reproduisant ce qui se passe dans la nature, soit en créant de nouveaux composés.
Les égyptiens utilisaient déjà beaucoup la chimie ! Par exemple, connais-tu l'eau égyptienne ? Non? Il s'agit de
nitrate d’argent, un composé chimique contenant de l'argent. Lorsqu'il est dissous dans de l'eau, il est incolore,
mais étalé sur les cheveux des égyptiens, il devenait d'un noir très profond au contact de l'air !
Et nous n'avons pas encore parlé de la pharmacie !
La chimie ou un produit chimique, c'est donc utile et pas forcément nocif.
Tout dépend l'usage qui en est fait !
1 Réf : http://www.lachimie.net/
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G-M Jacques

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G-M Jacques

1.2. Précisons notre idée…
Expérience : dans un tube à essai placé sous une hotte, on introduit un fond d’acide
nitrique (liquide incolore) puis on y introduit très prudemment un petit
morceau de cuivre.
Observations : Sur une feuille personnelle, note toutes les observations.
ATTENTION : tous les sens ont leur utilité dans l’observation : cependant, ne goûte jamais
un produit et ne respire jamais un produit à pleins poumons.
Toutes ces observations peuvent nous amener à une série de questions. Nous n’en retiendrons
pourtant qu’une seule, à laquelle nous allons tenter de répondre :
« Où est passé le cuivre ? »
Pour répondre à cette question, nous pouvons émettre plusieurs hypothèses, c’est–à-dire
plusieurs propositions de réponses.
En sciences, on appelle hypothèse une proposition de réponse à une question que l’on se pose suite à
l’observation d’un phénomène. Une hypothèse doit répondre à deux critères ; elle doit être sensée (c’est-àdire
avoir du sens) et vérifiable par l’expérience.
2. A la suite des observations notées sur ta feuille personnelle, recopiez la question « où est passé le
cuivre ? », puis tracez dans votre cahier un tableau en deux colonnes :
HYPOTHESES VERIFICATION
3. A la suite de ce tableau, nous pouvons à présent y plus clair et définir la réaction chimique
De ce qui précède, il ressort que :
Chaque fois qu’il y a changement de couleur (apparition d’une couleur nouvelle, qui ne résulte pas du
mélange de 2 couleurs ou de la dilution d’une couleur existante), cela signifie qu’un nouveau corps est
apparu : il y a donc eu réaction chimique.
Chaque fois qu’il y a effervescence, c’est qu’un gaz se forme (= corps nouveau) et que donc il y a eu
réaction chimique.
1.3. Phénomène physique ou chimique ?
Le phénomène chimique se caractérise donc par l’apparition d’un corps nouveau aux propriétés nouvelles.
En première approche, nous pourrions dire qu’un phénomène chimique est irréversible : on ne peut pas
récupérer le corps de départ.
A l’opposé, le phénomène physique est réversible : il n’y a pas véritablement d’apparition d’un corps nouveau.
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G-M Jacques

4. A titre d’exercice, classe les phénomènes suivants en chimique ou physique
PHENOMENE CHIMIQUE PHYSIQUE
1. Brûler du bois
2. Cuire un œuf
3. La neige qui fond
4. Un clou qui rouille
5. Plier un clou
6. Mélanger de l’eau et du sirop de grenadine
7. Transformer du pétrole en plastique
8. Digérer
9. Un oranger qui fabrique de la vitamine C
10. Une lampe à incandescence qui brille
1.4. A la fin de ce chapitre, tu seras capable de …
- Expliquer par l’un ou l’autre exemple que la chimie peut être entièrement « naturelle »
- Expliquer par l’un ou l’autre exemple en quoi la chimie peut être utile ou nuisible à l’homme
- Définir et savoir utiliser les termes réaction chimique, réactif, produit, effervescence, hypothèse.
- Distinguer un phénomène chimique d’un phénomène physique.
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G-M Jacques

Un « zoom » sur la matière …
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2.1. Expérience préliminaire
MANIPULATION : Dans un tube à essai à moitié rempli d’eau, on introduit une pointe
de cuillère de sel de cuisine, puis on agite.
1. Notez vos observations
A nouveau ces observations peuvent nous conduire à une série de questions. Nous n’en retiendrons qu’une :
« où est passé le sel ? »
Tout comme pour la « disparition » du cuivre dans l’expérience du chapitre précédent, tu peux proposer une
série d’hypothèses pour expliquer la « disparition » du sel, ainsi que la manière de les vérifier.
2. Notez vos hypothèses la manière de les vérifier, les résultats obtenus. Tirez une conclusion générale pour
cette expérience.
Après vaporisation de l’eau, on retrouve bien le sel : Si on le pesait, on retrouverait bien la même masse qu’au
départ. Il a conservé toutes ses propriétés. Dans ce cas, on dit qu’il s’est produit une dissolution.
3. Définissez le mot dissolution
On ne peut donc pas observer une dissolution : ce phénomène ne peut être mis en évidence que par une
expérience.
Ne confonds pas : Chaque fois qu’un corps « disparaît » dans un liquide, il ne s’agit pas nécessairement d’une
dissolution : au contraire, dans de nombreux cas, ce corps réagit avec le liquide pour former un nouveau
corps.
2.2. Modélisons ce phénomène
Modéliser, c’est représenter de façon simplifiée en vue d’expliquer ou de comprendre. Un modèle est donc une
représentation d’une chose, d’un objet ou d’un phénomène. Cela peut être un schéma descriptif (d’un appareil
par exemple), un schéma explicatif (tracé des rayons lumineux à travers une lentille) ou encore une
représentation en 3D (modèle de l’œil sous la forme d’une boite en carton).
On peut également tenter de modéliser quelque chose que l’on n’a jamais vu directement. On parle alors de
modèle intuitif ou spontané. Dans ce cas, le modèle s’appuie sur une série d’observations, d’expériences ou
d’hypothèses. Le modèle que l’on fait ne peut en aucun cas être contradictoire avec des résultats
expérimentaux, sinon, il n’est pas valide.
4. Modélisez ce phénomène
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G-M Jacques

2.3. Autre argument en faveur de l’existence des molécules
Réalisons l’expérience suivante :
-
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-
-
-
-
-
-
-
-
+
5. Qu’observe-t-on ? Comment pourrait-on interpréter ce phénomène ?
Autre exemple : si on casse un morceau de craie en deux, on obtient deux morceaux de craie. En continuant à
casser les morceaux, on obtient de la poussière de craie. En imaginant pouvoir casser encore chaque grain de
poussière un grand nombre de fois, on arriverait finalement à la plus petite partie de craie qui puisse exister :
une molécule de craie.
Tous les corps qui nous entourent sont formés de molécules : il existe par conséquent dans la nature des
dizaines de milliers de sortes de molécules différentes.
Nous verrons dans le chapitre suivant qu’il est encore possible de diviser une molécule et ce qui arrive dans ce
cas.
2.4. Des molécules dans tous leurs états…
Afin de comprendre ce qui se passe lors d’un changement d’état, on peut imaginer que tous les corps qui nous
entourent sont formés d’un nombre incroyablement grand de « billes » extrêmement petites appelées
molécules.
Ces molécules sont tellement petites qu’il est impossible de les voir, même à l’aide du microscope le plus
puissant. On sait cependant qu’elles existent réellement grâce à des expériences très complexes.
A l’état solide, ces molécules sont « collées » les unes aux autres, de sorte
qu’un solide aura une forme et un volume qui lui sont propres.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
50 ml d’eau + 50 ml d’alcool
État solide : volume propre - forme propre
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-
-
G-M Jacques

A l’état liquide, les molécules ne sont plus « collées » les unes aux autres : elles
roulent les unes sur les autres un peu à la manière de billes que l’on agiterait dans
un bocal. Le liquide aura donc un volume qui lui est propre, mais il aura la forme du
récipient qui le contient.
Etat liquide : volume propre – forme du récipient qui le
contient.
Enfin , à l’état gazeux, les molécules sont agitées de mouvements désordonnés, elles sont très éloignées les
unes des autres. Elles se cognent sans cesse les unes contre les autres ainsi que contre les parois du récipient.
Le gaz occupe un maximum de volume et n’a donc pas de forme propre.
État gazeux : pas de volume propre – pas de forme
propre
Lorsque l’on chauffe un corps solide, l’énergie (chaleur) augmente l’agitation des
molécules. Celles-ci s’agitent de plus en plus, se « décollent », s’éloignent les unes
des autres et commencent à rouler les unes sur les autres : le solide devient liquide.
Lorsque l’on chauffe un liquide, les molécules s ‘agitent de plus en plus si bien qu’à un
moment donné (à une température spécifique appelée point d’ébullition), les molécules
crèvent la surface du liquide et passent à l’état gazeux.
2.5. A la fin de ce chapitre, tu seras capable de …
- Définir dissolution – Savoir distinguer une dissolution d’une réaction chimique dans divers exemples
issus de la vie courante.
- Définir la molécule
- Modéliser un solide, un liquide ou un gaz sous leur aspect moléculaire
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G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
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Les 3 états de l’eau
G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
L’homme fabrique des nouvelles molécules …
Depuis toujours, l’homme a cherché à transformer les matières premières présentes dans la nature de manière à fabriquer
des objets lui facilitant l’existence : après l’âge de la pierre taillée est venu l’âge des métaux, puis, depuis environ 60 ans,
celui des plastiques. Pensons à ce que serait notre vie sans plastiques…
Aujourd’hui, de nouvelles perspectives s’ouvrent à nous : celle des céramiques et des matériaux composites. Les
céramiques sont connues depuis l’antiquité : grâce à des pâtes faites d’argile mélangé ou non à d’autres produits, cuites à
de températures plus ou mois élevées, l’homme fabrique depuis longtemps de la vaisselle.
La découverte de nouveaux matériaux permet de fabriquer des céramiques aux propriétés extraordinaires, suivant un
processus similaire : une poudre fabriquée par voie chimique est moulée, puis cuite à très haute température. Ces
céramiques possèdent de nombreux avantages :
- Elles sont plus dures que les métaux. Ainsi une lame en Zircone (oxyde de zirconium 2 ) garde son tranchant beaucoup
plus longtemps qu’une lame d’acier.
- Ont une masse volumique très inférieure à celle de l’acier
- Ne s’altèrent pas avec le temps.
Ces trois propriétés sont également très utiles en chirurgie : des prothèses en zircone permettent de réparer les hanches de
personnes âgées.
On donne le nom de matériaux composites à toute une série
de nouvelles substances fabriquées par l’homme grâce à la
chimie. Comme leur nom l’indique, elles sont composées de
deux parties essentielles : des fibres, disposées en couches
superposées, chaque couche étant orientée différemment de
ses voisines, et une matrice qui sert à l’assemblage. La matrice
peut être une résine, un alliage ou une céramique.
Suivant la nature des fibres et de la matrice, on obtient des
substances aux propriétés très particulières. Le kevlar par
exemple est un matériau composite à la fois plus solide et plus
léger que l’acier. Il est largement utilisé dans les voitures de
course. (carrosseries, freins « carbone-carbone »).
Des vélos de course ultra-légers utilisés par les coureurs professionnels sont fabriqués en fibres de carbone.
L’utilisation de tels matériau a permis d’améliorer le record du
monde de saut à la perche de 3,3m au début des années 1900
(perches en bois) à plus de 6m aujourd’hui (perches en fibres de
verre)
2 Zirconium : métal gris-blanc découvert en 1789 de masse volumique égale à 6500 kg/m 3 . Combiné à de l’oxygène, il
donne le zircone, produit très résistant à la chaleur puis qu’il ne fond qu’à 2700°C (1600°C pour l’acier)
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G-M Jacques

Plus petit que la molécule ?
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3.1. Un peu d’histoire …
Sans doute la chimie est-elle née le jour où l’homme domestiqua le feu. Puis, sans doute par hasard, l’homme
s’aperçut qu’en chauffant certaines roches il pouvait obtenir un corps solide, malléable et ductile grâce auquel il
perfectionna ses outils : l’âge du fer succédait à celui de la pierre.
Depuis, les hommes ont toujours cherché à fabriquer de nouveaux produits, souvent en commençant par
analyser la matière qui nous entoure. Les Grecs par exemple, pensaient que la Terre était formée d’un nombre
limité d’éléments qui, combinés les uns aux autres, formaient toutes les substances vivantes ou non. Le
philosophe Aristote, vers 300 ACN, en dénombrait cinq : l’eau, l’air, la terre, le feu et l’éther (le ciel). Avant lui,
Démocrite avait émis l’hypothèse que toute matière est constituée de « particules » infiniment petites, invisibles
à l’œil nu et insécables. Entre ces particules, qu’il nomme « atomes », c’est le vide. (En grec le mot « atomos »
signifie insécable, c’est-à-dire que l’on ne peut couper).
Mais il s’agissait là de visions théoriques, non fondées sur l’expérience.
C’est au moyen-âge que débute l’ère de l’expérience : les chimistes d’alors, appelés alchimistes, étaient surtout
préoccupés de classer les corps en catégories et de les faire réagir les uns avec les autres (quelques fois de façon
brutale et explosive), dans l’espoir de découvrir la « pierre philosophale » capable de transformer le plomb en
or. Cependant, au terme d’une série d’expériences, ils ajoutèrent à la liste d’Aristote une série de substances
qu’ils considéraient comme fondamentales : c’est le cas du soufre (qui permettait aux corps de brûler) ou encore
du mercure (qui donnait aux corps des propriétés métalliques)
Au début de XIVe siècle, La découverte d’acides forts comme l’acide nitrique fit faire à la chimie un bond
prodigieux. En effet, ils étaient capables de « décomposer » des substances rapidement et sans les chauffer. Les
chimistes des siècles suivants arrivèrent à la conclusion qu’il existait un nombre réduit de corps simples,
indécomposables par les moyens ordinaires de la chimie et à partir desquels tous les autres corps étaient
formés. En 1661, le britannique Robert Boyle donna la première définition d’un élément : substance de base qui
peut se composer à d’autres éléments pour donner des composés.
Selon lui, tous les corps qui nous entourent sont le résultat de la combinaison d’un nombre limité d’éléments.
Plus tard après avoir réussi à décomposer un grand nombre de substances dont l’eau et l’air, il apparut
qu’aucun des « éléments » d’Aristote n’était un élément selon la définition de Boyle.
- Qu’est-ce qu’un philosophe ?
- Comment Aristote « voyait-il » la matière ?
- Comment évolua la chimie après Aristote ?
- Quelle était la théorie de Boyle ?
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G-M Jacques

3.2. Analysons un corps très courant : l’eau
Faire l’analyse d’un corps, c’est le décomposer afin d’en connaître les constituants.
L’expérience suivante fut réalisée pour la première fois par un grand
chimiste français dont nous reparlerons souvent : Antoine Laurent de
Lavoisier (1743 – 1794)
EXPERIENCE : un voltamètre est une cuve au fond de laquelle se trouvent
deux bornes appelées aussi électrodes. Chaque électrode est reliée à l’une
des bornes + ou – d’un générateur de courant continu ( = pile) de 12 volts.
On remplit le voltamètre d’eau légèrement acidulée (pour mieux permettre
le passage du courant), on coiffe chacune des électrodes d’un tube à essai
gradué également rempli d’eau, puis on ferme le circuit.
1. Notez vos observations
De cette expérience, retenons trois questions :
a) d’où viennent ces deux gaz ?
b) Le gaz qui se dégage du côté + est-il le même que celui qui se dégage
du côté - ?
c) quelle est la nature de ce (ou de ces) gaz ?
Pour répondre à la deuxième et le troisième question concernant la nature de ces deux gaz, procédons aux
expériences suivantes :
On retire le tube contenant le gaz qui s’est
formé du côté de la borne positive (appelée
aussi anode) puis on y introduit un morceau
de bois incandescent (un tison)
2. Observez et concluez
Quant au gaz se formant du côté de la borne négative (aussi appelée cathode), approchons de
la flamme d’un bec bunsen le tube qui le contient.
3. Observez et concluez
14
1
+
-
G-M Jacques
2

3.2. Vérification de l’expérience précédente
Pour vérifier que l’eau est bien formée de « particules » plus petites d’oxygène et d’hydrogène, il faudrait
réaliser l’expérience inverse, c’est-à-dire mettre ne présence de l ‘hydrogène et de l’oxygène (dans un rapport
volumétrique de deux pour un) pour voir si, en se combinant, ils reforment bien de l’eau.
Cette expérience, appelée synthèse de l’eau se réalise dans un appareil appelé eudiomètre.
En chimie, on appelle synthèse la fabrication d’un corps à partir de ses constituants.
Un eudiomètre est constitué d’un tube
en verre épais rempli de mecure et
retourné sur une cuvette contenant du
mercure. La partie supérieure du tube
est munie de deux électrodes reliées à
un générateur de courant (pile)
On introduit dans le tube un mélange
gazeux constitué de 2/3 d’hydrogène et
de 1/3 d’oxygène, ce qui fait
redescendre le mercure dans le tube.
En fermant le circuit électrique, une
étincelle se produit entre les deux
électrodes et il se produit une réaction
explosive. Le volume occupé par le
mélange gazeux se réduit brusquement à
quelques gouttes d’eau, laissant le
mercure remonter dans le tube.
Ces gouttelettes d’eau viennent donc de
la réaction entre l’hydrogène et
l’oxygène. Notre hypothèse est bien
confirmée.
Notre hypothèse est donc bien confirmée :
L’eau est le résultat de la combinaison de deux matières plus simples :
l’oxygène et l’hydrogène.
Nous pouvons donc penser que chaque molécule d’eau est constituée de
« particules » plus petites d’oxygène et d’hydrogène.
4. Définissez l’atome
1/3 oxygène +
2/3 hydrogène
Gouttes d’eau
15
-
-
G-M Jacques

3.3. Une autre réaction
EXPERIENCE FILMEE : On remplit un fond de tube à essai de poudre de chlorate de
potassium sur 5 mm environ. On chauffe le tube au bunsen en le tenant avec une pince
en bois.
Lorsque la poudre commence à fondre, on introduit un tison à l’intérieur du tube.
5. Observez et concluez
2 crayons taillés aux
deux extrémités
Un verre d’eau du
robinet + une cuillère
à café de sel de
cuisine
POUR EN SAVOIR PLUS...
L’eau du robinet devient de l’eau de piscine
6. Quelle est l’odeur qui se dégage ? Que peut-on en conclure ?
A partir de ces exemples, nous pouvons imaginer que toutes les molécules peuvent être
décomposées en atomes par les moyens ordinaires de la chimie : chauffage, cassure, courant
électrique …
A l’inverse des molécules, les atomes sont indécomposables par les moyens ordinaires de la
chimie.
16
G-M Jacques

Les atomes semblent donc être les particules de base de la nature confirmant ainsi la théorie de Boyle qui
pensait que tous les corps sont faits à partir d’un nombre limité d’éléments de base.
On sait aujourd’hui qu’il existe dans l’univers 92 sortes d’atomes différentes. On dit aussi qu’il existe 92
éléments naturels.
De la même manière qu’avec les 26 lettres de l’alphabet, il est possible d’écrire une infinité de mots, les
atomes sont capables de se lier les uns aux autres par 2, par 3,… par 10, par plusieurs centaines … pour former
toutes les molécules que nous connaissons.
Mais comme certaines lettres ne peuvent pas se grouper pour former un mot sensé, nous verrons plus tard que
certains atomes ne se lient jamais (ou quasiment jamais) pour former une molécule.
Comme nous l’avons également vu, la découverte de ces éléments ne s’est pas faite toute seule du jour au
lendemain et les derniers ont été découverts il y a moins de 100 ans.
3.4. Les symboles atomiques
Au 17 e siècle, les alchimistes désignaient les éléments par des signes mystérieux.
ainsi :
désignait l’argent désignait le mercure désignait le fer
C’est au chimiste suédois Berzélius que revient l’idée d’avoir attribué à chaque élément un symbole littéraire
appelé symbole atomique, encore utilisé aujourd’hui : ce symbole est formé d’une lettre (écrite en majuscule)
ou de deux lettres (la première en majuscule et l’autre en minuscule).
Dans les cas les plus simples, les éléments sont désignés par la première lettre de leur nom.
C’est par exemple le cas de
Hydrogène
Bore
Carbone
Oxygène
Fluor
Nom Symbole Nom Symbole
H
B
C
O
F
17
Phosphore
Soufre
Iode
Uranium
Lorsqu’une seule lettre n’est pas possible, on utilise les deux premières lettres, la première en majuscule et
l’autre en minuscule), comme par exemple :
Hélium
Lithium
Baryum
Béryllium
Néon
Aluminium
Silicium
Argon
Calcium
Baryum
Titane
Nom Symbole Nom Symbole
He
Li
Ba
Be
Ne
Al
Si
Ar
Ca
Ba
Ti
Fer
Brome
Cobalt
Nickel
Cuivre
Brome
Krypton
Xénon
Polonium
Radium
P
S
I
U
Fe
Br
Co
Ni
Cu
Br
Kr
Xe
Po
Ra
G-M Jacques

Dans d’autres cas, il a fallu prendre une autre lettre que la seconde. Par exemple :
Magnésium
Chlore
Chrome
Manganèse
zinc
Zirconium
Nom Symbole Nom Symbole
Mg
Cl
Cr
Mn
Zn
Zr
18
Arsenic
Platine
Argent
Plomb
Radon
Pour terminer, le nom de certains atomes s’est francisé ou a changé, mais le symbole est resté. Par exemple :
Nom Symbole Nom Symbole
Azote (en latin nitrogenum)
Sodium (en latin natrium)
Potassium (en allemand Kalium)
Tungstène
N
Na
K
W
3.5. Une première classification des éléments
Etain (stanum)
Or (en latin Aurum)
Mercure (hydrargyrum)
Le laboratoire t’a montré que l’on pouvait, en première approche, classer tous les éléments en deux
catégories.
7. Résumez vos conclusions dans un tableau
On notera que cette classification est loin d’être parfaite car il subsiste des exceptions. Par exemple, le carbone
(un non-métal) est conducteur de l’électricité tandis que l’iode (un non-métal) possède une masse volumique
nettement supérieure à 2500 kg/m 3 A l’inverse, le mercure (un métal) n’est pas solide à température ordinaire.
3.6. La classification de Mendeleïev ou tableau périodique.
En 1863, le chimiste russe Dimitri Mendeleïev eut l’idée de classer les atomes connus à l’époque du plus petit
(l’hydrogène) au plus gros. En faisant ce travail il constata que l’on retrouve périodiquement des atomes ayant
des propriétés physiques et chimiques semblables : c’est ainsi qu’il parvint à une classification des éléments en
familles et périodes.
Ainsi, au sein d’une même famille, tous les éléments ont des propriétés communes : par exemple, les éléments
de la famille Ia sont tous métalliques et réagissent vivement avec l’eau.
Tous les éléments de la famille VIIIa sont rares, ils sont gazeux à température ordinaire et ne se lient
(pratiquement) jamais à d’autres atomes pour former des molécules. C’est pourquoi on les appelle gaz rares,
gaz inertes, ou encore gaz nobles.
Cette classification concorde assez bien avec la première puisque, dans son tableau, tous les éléments
métalogiques (les plus nombreux) se trouvent à gauche, tandis que les non-métalliques se trouvant à droite.
As
Pt
Ag
Pb
Rn
Sn
Au
Hg
G-M Jacques

Période
famille
3.7. De quels atomes est formée une molécule de sel de cuisine ?
L’expérience de la page 16 nous a permis de conclure qu’une molécule de sel de cuisine contenait des atomes
de chlore.
Pulvérisons du sel de cuisine en solution sur la flamme d’un bunsen.
8. Qu’observe-ton ? Que peut-on conclure ?
SEL DE CUISINE
Chlorure de sodium NaCl
3.8. Certains corps sont uniquement formés d’atomes, d’autres de molécules
La presque totalité des corps qui nous entourent sont constitués de molécules, elles-mêmes formées de
plusieurs atomes. La plupart des métaux par exemple n’existent pas à l’état pur dans la nature : leurs atomes
sont combinés à d’autres, de nature différente, pour former des molécules.
Seuls quelques éléments comme l’or sont naturellement formés d’atomes identiques. On dit alors qu’on les
trouve à l’état natif. Ce sont toutes des substances constituées d'atomes d'un seul élément, trouvées dans la
nature au stade « natif », c'est-à-dire sans combinaisons
3.9. A la fin de ce chapitre, tu seras capable de …
- D’expliquer l’électrolyse de l’eau
- D’expliquer les tests permettant d’identifier le dioxygène et de dihydrogène
- D’associer un symbole chimique aux principaux éléments et l’inverse
- D’expliquer simplement la notion de famille et de période dans le tableau de Mendeleïev
19
Eléments métalliques
Eléments non-métalliques
G-M Jacques

E
Regards sur l’atome …
___________________________________________________________________________________
4.1. L’atome, « matière première de l’univers »
n limant l’extrémité d’une pointe de fer, on obtient de la
limaille. Ce n’est déjà plus qu’un petit tas de grains
minuscules. Mais si on parvenait à briser l’un de ces grains
un très grand nombre de fois, on arriverait au plus petit
« morceau de fer » qui puisse exister : un atome de fer. En
décomposant ainsi tous les corps que l’on connaît , solides,
liquides ou gazeux, on aboutirait au même résultat : à des
atomes, souvent en passant par le stade molécule. C’est vrai
pour les métaux et les roches, l’air ou l’eau, mais aussi pour les
plantes ou les animaux. Dans les mondes les plus éloignés de la
terre, il en va de même. Ainsi peut-on dire que les atomes
représentent la matière première de l’univers. Les atomes
constituent le matériau de base à partir duquel tout se
construit. A l’heure actuelle, il est à peu près établi qu’il existe
dans la nature 92 « sortes d’atomes » différents, appelées
éléments. C’est le jeu d’association de ces différents atomes
entre eux qui aboutit à toutes les substances que nous
connaissons.
Comme un système solaire ?
A quoi ressemble un atome ?
A vrai die, personne n’est capable de répondre avec certitude à
cette question car l’atome est tellement petit qu’il est
impossible de le voir, même avec le plus puissant des
microscopes. Pensez : par des moyens détournés, les
scientifiques sont arrivés à la conclusion qu’une tête d’épingle
contient, à elle seule, 10 milliards de milliards d’atomes.
Ils en sont donc réduits à élaborer des modèles hypothétiques
pour l’atome.
Nous avons vu lors du chapitre précédent que l’idée de l’atome
datait de plus de 500 ans ACN.
Il fallut pourtant attendre la fin du XIXe siècle pour en savoir un
peu plus. En 1897, le physicien Anglais THOMSON parvient à
prouver, à la suite d’expériences complexes, qu’un atome était
en partie formé de particules chargées d’électricité négative
qu’il baptise électrons.
En simplifiant, on peut dire que Thomson modélisait l’atome
comme une sorte de pastèque modèle réduit, dans laquelle les
électrons négatifs seraient répartis au sein d’une matière
chargée d’électricité positive, comme les pépins dans la chair de
la pastèque.
En 1911, un autre Anglais, Ernest RUTHERFORD prouve qu’au
contraire la charge positive de l‘atome est concentrée dans un
volume très petit : comme les planètes autour du soleil, les
électrons (négatifs) tournent autour d’un noyau minuscule de
charge positive. Ce noyau est lui-même formé de particules
chargées positivement qu’il appelle antiélectrons.
20
En 1919, Aston propose d’appeler proton cette particule
constitutive du noyau.
Un proton est environ 2000 fois plus lourd qu’un électron mais
sa charge est, en valeur absolue, la même que celle d’un
électron. Comme il y a autant de protons que d’électrons, un
atome est électriquement neutre.
Si le noyau d’un atome pouvait atteindre la taille d’un grain de
raisin, les électrons évolueraient à plus de 300 mètre de ce
noyau.
On pourrait aussi dire que le noyau est « petit comme une
fourmi au milieu d’un terrain de football ».
Mais ce modèle n’est pas encore parfait : en effet, comment
peut-on expliquer que des protons de charge positive puissent
coexister en étant si proche l’un de l’autre sans se repousser ?
(rappelons que des charges électriques de même signes se
repoussent (voir cours de 2 ème )
C’est un autre chercheur anglais, James CHADWICK qui trouve
la solution en 1932 : entre les protons du noyau se trouvent des
particules neutres (de même masse que les protons) que l’on
baptise neutrons.
Eu fusionnant toutes ces idées, on peut donc dire que :
- Un atome n’est pas indécomposable comme on le pensait
avant le début du XXe siècle ; au contraire, il est constitué
de trois types de particules en nombre plus ou moins
important suivant la sa nature : des protons, des neutrons
et des électrons.
- tout atome est constitué d’un noyau (de charge positive)
formé de protons positifs (p + ) et de neutrons (n 0 ) autour
duquel gravitent des électrons négatifs (e - ) dont la charge
est égale (en valeur absolue) à celle des protons. Comme il
y a autant de protons que d’électrons, l’atome est
électriquement neutre.
Ce modèle, appelé modèle atomique de Rutherford et
Chadwick, est tout-à-fait valide, puis qu’aucun fait expérimental
n’est venu démontrer le contraire.
Nous verrons par la suite qu’il peut encore être complété,
néanmoins il est suffisant pour aborder la chimie.
C’est le nombre de protons présents dans le noyau qui
détermine les propriétés d’un atome et permet de le classer.
L’atome d’hydrogène est le plus simple : son noyau est formé
d’un seul proton autour duquel gravite un seul électron.
Le noyau de l’atome d’hélium est formé de deux protons, deux
neutrons. Autour de ce noyau gravitent deux électrons et ainsi
de suite. Un atome de fer par exemple possède 26 protons, 30
neutrons et 26 électrons. L’élément naturel le plus lourd est
l’uranium : il possède 92 protons, 146 neutrons et 92 électrons.
G-M Jacques

Quelques questions à propos de ce texte …
1. Trois physiciens du début de 20 ème siècle ont notablement fait progresser la théorie atomique. Voici un
schéma du modèle atomique proposé par chacun d’eux. Classe ces modèles par ordre chronologique puis
établis la correspondance entre le modèle et son auteur. Enfin, annote chacun de ces modèles.
Modèle 1 modèle 2 modèle 3
2. Parmi ces trois modèles, quel est celui qui est le plus valide, c’est-à-dire celui qui répond le mieux à toutes
les expériences et toutes les observations faites jusqu’ici ?
3. Voici cinq propositions à propos de l’atome. Parmi celles-ci, identifie celle(s) qui est (ou qui sont)
erronée(s) et corrige-la (les)
a) un atome est une particule constituée d’un noyau de charge nulle autour duquel gravitent des électrons.
b) Un atome est constitué de protons et de neutrons, particules formant le noyau autour duquel évoluent des
électrons.
c) Un atome est une entité caractérisée par un noyau de charge positive autour duquel gravitent des électrons
d) Un atome est électriquement neutre car il possède autant de protons que de neutrons
e) C’est le nombre d’électrons qui caractérise un atome et par conséquent détermine ses propriétés.
4. Si on considère que la taille d’un atome est de l’ordre du nanomètre (10 -9 m), combien d’atome
pourrait-on « entasser » dans un cube de 1 mm de côté ?
a) écris ce nombre en notation scientifique
b) écris-le en entier
c) écris-le en français.
21
G-M Jacques

4.2. Découverte du noyau atomique : l’expérience de Rutherford
Malgré son nom, l’atome ne pouvait plus être considéré comme indivisible depuis la découverte de l’électron par Thomson en 1897. Ce
dernier décrivait l’atome comme une sorte de pastèque miniature.
Au contraire, Rutherford pensait que la charge positive de l’atome devait être concentrée dans un très petit volume. Il en eut la certitude
en réalisant une série d’expériences sur des éléments radioactifs découverts par Becquerel quelques années plus tôt. Le radi um est un
Boîtier en plomb contenant
un morceau de radium
élément qui émet spontanément un rayonnement constitué de particules positives, appelées particules α (alpha).
Dans son expérience, un morceau de radium est enfermé dans une boite de plomb. Sur une des faces de cette boite, une fente laisse
passer le rayonnement α qui vient former une image de la fente sur un écran fluorescent.
Si l’on interpose une mince feuille d’or sur le trajet des particules α, on s’aperçoit que la toute grosse majorité des particules α traversent la
feuille d’or sans subir la moindre déviation, mais qu’une petite partie d’entre elles subissent une déviation plus ou moins importante, ou
même repartent en arrière. Rutherford en conclut que les charges positives des atomes d’or susceptibles de faire dévier les particules α
devaient être concentrées en des points bien précis et pas uniformément réparties dans l’atome comme le pensait Thomson.
D’autre part, selon Rutherford, les électrons, trop petits ne peuvent pas non plus gêner la trajectoire des particules α, pas plus qu’un grain
de poussière ne pourrait gêner la trajectoire d’une bille de billard sur un tapis.
Feuille d’or
22
Ecran fluorescent
G-M Jacques

Modèle explicatif (hypothétique) de l’expérience de Rutherford
- Quelle était l’hypothèse de Rutherford au moment de réaliser son expérience ?
- Cette hypothèse a-t-elle été confirmée ou infirmée ?
- Quelle est l’observation qui a permis de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse ?
Rutherford élabora alors un nouveau modèle pour l’atome :
« Presque toute la masse de l’atome est concentrée dans une très petite partie centrale,
appelée noyau, dans laquelle sont accumulées des particules positives (les protons). Autour
de ce noyau gravitent des électrons dont la charge négative totale neutralise la charge
positive du noyau du noyau ».
Plus tard, vers 1930, ce modèle sera complété par Chadwick :
« Le noyau n’est pas seulement constitué de
charges positives (= protons), mais il contient
aussi des particules neutres (les neutrons)
qui empêchent les protons de se repousser.
23
Atomes d’or
Noyaux de
charge positive
Espace vide dans
lequel évoluent les
électrons
G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
Des électrons dans le téléviseur
C’est en partie l’invention du tube cathodique qui a permis à Thomson d’élaborer son modèle pour l’atome.
Celui-ci est formé d’un tube à l’intérieur duquel règne le vide. Un canon à électrons envoie vers l’écran un jet
d’électrons qui, en frappant l’écran recouvert intérieurement d’une peinture fluorescente, font apparaître une
tache lumineuse.
Les électrons proviennent d’une plaque métallique chauffée appelée cathode, reliée à la borne – d’un
générateur de courant (= l’alimentation)
Des plaques horizontales et verticales pouvant être chargées d’électricité + ou – permettent de dévier la
Canon à plaques plaques
Electrons horizontales verticales
trajectoire du faisceau d’électrons. Celui-ci vient alors balayer la surface de l’écran, ligne par ligne.
Dans les téléviseurs, il y a trois canons à électrons et l’écran est
recouvert intérieurement d’une grille. Chaque maille de la grille contient
3 pastilles (une rouge, une bleue et une verte). Chaque pastille est plus
ou moins excitée par un des trois faisceaux d’électrons, émet donc plus
ou moins de lumière dont le mélange permet d’obtenir des centaines de
milliers de nuances par addition des couleurs (voir cours de physique).
24
Ecran
G-M Jacques
Sopot
lumineux

4.3. Synthèse : modèle atomique selon Rutherford et Chadwick
Selon ces deux physiciens anglais, tout atome est constitué :
- D’un noyau, lui –même constitué de protons (p + ) et de neutrons (n o )
- D’électrons (e - ) qui gravitent autour de ce noyau à très grande vitesse.
De plus :
- Le noyau est très petit par rapport à la taille globale de l’atome (comme une fourmi au milieu d’un terrain
de foot)
- La charge d’un proton est égale (au signe près) à celle de l’électron)
- Dans un atome, il y a autant de protons que d’électrons, si bien qu’un atome est électriquement neutre
- Un électron est environ 2000 fois plus petit qu’un proton
- La masse d’un neutron est égale à celle d’un proton.
1
H
1,008
3
Li
6,941
5
B
10,81
25
2
He
4,003
4
Be
9,012
6
C
12,01
G-M Jacques

ATOME
NOYAU
ELECTRON
POUR EN SAVOIR PLUS...
Molécule, atome…
NEUTRON
NOYAU
26
MOLECULE =
ASSEMBLAGE D’ATOMES
PROTON
QUARK « DOWN »
PROTON
QUARK « UP »
G-M Jacques

4.4. Que nous apprend chaque case du tableau périodique ?
Prenons l’exemple de la case du fer Fe
26 = nombre atomique
Ce nombre indique le nombre d’électrons qui est identique à celui des
protons
Symbole atomique
55,85 = nombre de masse
Arrondi à l’unité la plus proche, ce nombre indique le nombre de particules
généralement présentes dans le noyau 3
Donc, nous pouvons en conclure que :
- Un atome de fer possède 26 électrons
- Il possède 26 protons
- Son noyau est généralement formé de 56 particules (protons + neutrons). Il possède donc (généralement)
56 – 26 = 30 neutrons.
Tu es à présent capable de compléter le tableau suivant :
Nom de l’atome Symbole
atomique
oxygène
Potassium
Or
Uranium
N
P
Cl
Na
Nombre de
protons
4.5. A la fin de ce chapitre, tu seras capable de :
27
Nombre de
neutrons
- Décrire le modèle de l’atome selon Thomson
- Expliquer le modèle atomique selon Rutherford et Chadwick
- Appliquer ce modèle à n’importe quel atome en t’aidant du tableau périodique
Nombre
d’électrons
3 Nous verrons plus tard que les atomes de fer ne possèdent pas tous le même nombre de neutrons, ce qui fait que ce
nombre n’est pas un nombre rond.
26
Fe
55,85
G-M Jacques

Pourquoi les atomes forment des molécules
__________________________________________________________________
5.1. Des « atomes » particuliers…
Observons attentivement l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale. Nous
pouvons y lire certains symboles que nous connaissons.
Cependant, chacun de ces symboles est accompagné d’un (ou plusieurs)
signe + et – placé en exposant. Pourquoi ?
Ce signe + ou – qui accompagne le symbole indique une charge électrique, donc qu’il s’agit d’atomes un peu
particuliers puisqu’ils ne sont plus neutres.
Prenons l’exemple de Ca ++ . Ces deux charges positives peuvent théoriquement apparaître de deux manières
différentes :
- Soit l’atome de calcium gagne deux protons supplémentaires et devient Ca ++ . Mais nous avons vu que
le nombre de protons d’un atome ne peut pas varier ou encore que la structure du noyau de l’atome ne
peut changer. Nous ne pouvons donc pas retenir cette hypothèse.
- Soit l’atome de calcium perd deux électrons. Cette solution est d’autant plus acceptable que nous
savons que les électrons gravitent autour du noyau parfois à des distances très grandes par rapport à la
taille de ce noyau.
Nous retiendrons donc cette hypothèse.
1. Écrivez la définition du mot ion
Une eau en bouteille est donc dite minérale car elle contient des ions minéraux, c’est-à-dire qui ne sont pas
d’origine vivante.
Donc Ca ++ est le symbole d’un atome de calcium qui a ....
Le même raisonnement nous conduit à conclure que Cl - est le symbole d’un atome de chlore qui a …
2. A quoi correspondent les symboles K + , Na+, Cl - , F - ?
28
Analyse (en mg/l)
Ca ++
Mg ++
Na +
K +
Cl -
F -
HCO3 -
NO3 -
SO4 -
84
11
7
15
15
10
250
19
34
G-M Jacques

5.2. Pourquoi les atomes gagnent-ils des électrons et d’autres en perdent-ils ?
Prenons l’exemple de Cl - :
3. Combien possède-t-il d’électrons ?
4. Quel est l’élément qui possède naturellement ce nombre d ‘électrons ?
5. Refais le même exercice pour les autres ions de l’étiquette et quelques autres que l’on retrouve
régulièrement : F - . Répondez sous forme d’un tableau et concluez.
6. Pouvez-vous voir une relation entre le nombre d’électrons qu’un atome peut perdre ou gagner et sa
place dans le tableau périodique ?
5.3. La tendance à perdre ou à gagner des électrons explique la formation de
la plupart des molécules.
5.3.1. Cas des molécules formées de deux éléments
Prenons l’exemple d’un atome de sodium Na et d’un atome de chlore Cl.
Comme nous venons de le voir, un atome de sodium a tendance à perdre un électron afin de ressembler au
néon.
De la même manière, Cl a tendance à gagner un électron pour ressembler à l’argon.
Il est aisé de comprendre que ces deux-là sont fait pour s’entendre et que, si leurs routes se croisent, l’atome
de sodium va donner son électron au chlore, ils vont se lier et former ensemble la molécule NaCl bien connue
de tous puisqu’elle n’est autre que la molécule de sel de cuisine.
Na +
Na
Na
Cl
NaCl est la formule moléculaire (empirique) du chlorure de sodium Cela signifie que chaque molécule de
chlorure de sodium est formée par l’association d’un atome de chlore et d’un atome de sodium.
29
Cl
Cl -
G-M Jacques

Qu’en est-il de la molécule d’eau ?
Nous avons vu au chapitre précédent (§3.2) que la molécule d’eau était constituée d’atomes d’oxygène et
d’atomes d’hydrogène. Comment ces atomes sont-ils liés ?
L’atome d’oxygène a tendance à gagner deux électrons pour devenir O =
L’atome d’hydrogène a, quant à lui tendance à perdre 1 seul électron pour devenir H +
Il est facile de comprendre qu’il faudra deux atomes d’hydrogène (chacun donneur d’un électron) pour
satisfaire un atome d’oxygène, d’où la formule bien connue H2O.
Voici deux façon d’expliquer schématiquement ce qui précède :
H +
ou encore
H O
H + (autre méthode) 1 2
O =
H2O H2O
H2O
Les atomes qui ont tendance à perdre des électrons (donc ceux de gauche dans
le tableau périodique ou encore les métaux) se lient facilement à ceux qui ont
tendance à capter des électrons (donc ceux de droite dans le tableau
périodique ou encore les non-métaux)
Autre exemple : comment se lient des atomes de chlore et d’aluminium pour former une molécule ?
Cl -
Al +++ Cl -
Cl -
Al Cl
3 1
AlCl3 AlCl3
H
30
Cl
H
Cl
Al
O
Cl
G-M Jacques
H

Comment se lient Ca et O ?
Ca ++ O = Ca O
2 2
CaO Ca2O2 que l’on simplifie en CaO
Tu as ainsi compris que la plupart des molécules biatomiques sont formées par l’associatin d’atomes
« donneurs » d’électrons (donc appartenant aux familles Ia, IIa, IIIa) avec des atomes « preneurs » d’électrons
(donc appartenant aux familles Va,Via,VIIa)
5.3.2. Ecriture d’une formule moléculaire
o Lorque l’on écrit la formule moléculaire d’une molécule formée de deux éléments, on écrit généralement à
gauche le symbole de l’élément qui se trouve le plus à gauche dans la tableau périodique (donc celui qui est
« donneur » d’électrons, c’est-à-dire le plus souvent un élément métallique) et à droite celui qui se trouve
le plus à droite dans le tableau périodique (donc le « preneur » d’électrons, c’est-à-dir ele plus souvent un
élément non métallique).
o D’autre part, s’il y a plusieurs atomes d’un même élément, on le notera par un chiffre situé en dessous et
après le symbole de cet atome. Ce chiffre est appelé indice. Par exemple, dans la formule chimique de l’eau
H2O, le chiffre 2 placé en indice derrière le H signifie que chaque molécule d’eau comporte 2 atomes
d’hydrogène.
S’il n’y a qu’un seul atome, on n’écrit pas de 1 en indice.
Donc H2O est la formule d’une molécule formée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène.
5.3.3. Le nom des molécules biatomiques
Le nom des molécules va dépendre des éléments qui la constituent, en commençant par la droite de la
formule.
Ainsi les ions négatifs portent un nom qui va nous permettre de nommer la formule moléculaire des substances
dans lesquelles il est présent.
Formule de l’ion Nom Exemple
F -
Cl -
Br -
I -
O =
S =
Fluorure
Chlorure
Bromure
Iodure
Oxyde
Sulfure
31
Ca o
KF = fluorure de potassium
NaCl = chlorure de sodium
CaBr2 = bromure de calcium
Ba2I = iodure de baryium
Na2O = oxyde de sodium
Na2S = sulfure de sodium
G-M Jacques

Tu es maintenant capable de comprendre la formation de très nombreuses molécules et de les symboliser par
une formule, par exemple celle de :
Le chlorure de calcium (= sel de déneigement) :
L’oxyde de calcium (= chaux vive) :
Le sulfure d’hydrogène (= gaz à odeur d’œuf pourri) :
L’iodure de potassium :
L’oxyde d’aluminium (= papier à poncer) :
Le bromure de lithium :
Le chlorure d’hydrogène (= esprit de sel) :
Remarque : la théorie des ions expliquée ci-dessus ne permet pas d’expliquer la formation de toutes les
molécules. Nous verrons plus tard, que, dans certains cas, nous devrons trouver d’autres
explications.
5.3.4. Cas des molécules formées de 3 éléments
Voici une série de formules chimiques de produits couramment utilisés.
- Que remarqe-ton de particulier en observant ces formules ?
- Comment pourrait-on trier ces produits en prenant comme critère leur formule chimique ?
Bouillie bordelaise
(Contre le mildiou)
CuSO4
Marbre CaCO3
Additif alimentaire stabilisant
E339
Na3PO4
Magnésie
MgCO3
Au XIXe siècle, on utilisait le
salpêtre KNO3 que l’on arrachait
des murs humides pour fabriquer
de la poudre à canon
VITRIOL
H2SO4
craie
Ca3(PO4)2
Al2(SO4)3 utilisé pour le traitement de l’eau potable
SALPETRE
Ca(NO3)2
ANTIMOUSSE POUR GAZON
Acide nitrique
HNO3
Chaux éteinte Ca(OH)2
32
La fabrication d’un détergent utilise
Na2SO4
Fe2(SO4)3
Potasse (fabrication de
peintures de savons)
GYPSE
(fabrication du plâtre)
CaSO4
Soude caustique
NaOH
KOH
Al2(SO4)3 sert à l’encollage du
papier
G-M Jacques

Ces groupements d’atomes peuvent se lier avec d’autres éléments de la même manière qu’un atome seul.
Voici les 9 groupements les plus courants
NH4 +
ammonium
+1 -1 -2 -3
OH - hydroxyde
NO2 - nitrite
NO3 - nitrate
HCO3 - bicarbonate
33
SO3 = sulfite
SO4 = sulfate
CO3 = carbonate
PO4 --- phosphate
Pour la bonne compréhension de la suite du cours, il est indispensable que tu connaisses
parfaitement ce tableau (nom, symboles, signes)
Lorsqu’ils entrent dans la composition d’une molécules, ces ions complexes agissent come un ion simple.
Ainsi
K (PO4)
K (OH) Mg OH
1 3 1 1 2 1
K3PO4 KOH Mg(OH)2
Ca (NO3) H (NO3)
2 1 1 1
Ca(NO3)2 HNO3
G-M Jacques

5.4. Indice et coéfficient
Nous avons vu qu’un nombre inscrit derrière un symbole dans l’écriture d’une formule moléculaire s’appelait
indice et qu’il indiquait le nombre d’atomes de cet élément présent(s) dans une molécule. L’indice 1 ne s’écrit
pas.
Ainsi : H2O est la formule chimique d’une molécule d’eau. Cette molécule est constituée de deux atomes
d’hydrogène liés à un atome d’oxygène.
Mais on peut aussi trouver 3H2O : dans ce cas, le chiffre 3 placé devant la formule chimique indique qu’il s’agit
de 3 molécules d’eau (chacune constituée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène). Ce chiffre
3 est appelé coéfficient.
Comme pour l’indice, le coéfficient 1 ne s’écrit pas.
H2O = 1 molécule d’eau =
3 H2O = 3 molécules d’eau =
5.5. Exercices
1. Ecris la formule moléculaire des corps composés de :
34
H2O
3H2O
Baryum et Chlore, fer III 4 et oxygène, Fer II 5 et soufre, cuivre II et chlore, calcium et oxygène, sodium et brome,
potassium et soufre, aluminium et fluor.
Donne chaque fois le nom de ces substances
2. Combien d’atomes de chaque sorte y a-t-il dans :
Fe2O3 NaHCO3
6H2O 3 Al2(SO4)3
8 Ca3(PO4)2 3 Mg(OH)2
Ecris chaque fois le nom de ces substances
3. Dans les textes suivants, remplace les chiffres entre parenthèses par la formule chimique adéquate :
4 Le III en chiffres romains signifie que dans ce cas, le fer forme l’ion 3+
5 Le II signifie que, dans ce cas, le fer forme l’ion 2+
G-M Jacques

o La craie contient du carbonate de calcium (1) qui réagit vivement avec des acides comme le chlorure
d’hydrogène (2) encore appelé acide chlorhydrique. Lors de cette réaction, il y a effervescence due à un
dégagement de dioxyde de carbone (3) encore appelé gaz carbonique.
Un corps nouveau apparait : le chlorure de calcium (4)
o Le gaz dichlore (5) est utilisé comme agent blanchissant pour le linge ou le papier.
o Comme engrais chimique, on utilise du sulfate d’ammonium (6), du nitrate de calcium (7) ou encore du
nitrate de sodium (8) encore appelé salpêtre.
o Le Analyse sulfate de chimique fer III (9) est de utilisé quelques pour éliminer eaux les courantes mousses dans dans nos pelouses. le commerce (en mg/l)
o Le sulfate de cuivre II (10) encore appelé bouillie bordelaise empêche le développement de champignons
Dureté Calcium Magnésium Sodium Potassium Sulfates Bicarbonates Chlorures
parasites Nitrates
(comme le mildiou) sur les vignes ou les tomates.
o Le constituant principal des os est le phosphate de calcium (11)
5.6. A la fin de ce chapitre, tu seras capable de
- Réexpliquer ce qu’est un ion, pourquoi et comment il se forme.
- Ecrire une formule moléculaire à partir du nom et l’inverse. (en se basant sur les atomes et les
groupements appris en classe)
- Résoudre des exercices similaires à ceux de la page 32
35
G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
Eau du robinet ou eau en bouteille ?
L’eau du robinet est-elle aussi potable qu’une eau en bouteille ? Ses détracteurs prétendent
que les nitrates qu’elle contient sont nocifs pour la santé de l’homme. Les nitrates sont des
produits chimiques que l’on trouve partout dans la nature. Ils proviennent de la décomposition
des matières organiques et forment une partie essentielle de la nutrition des plantes : en
effet, ils fournissent aux plantes l’azote dont elles sont besoin pour synthétiser leurs
propres molécules. Ils se trouvent dans l’eau sous forme d’ions NO3 - très solubles dans l’eau,
inodores et insipides.. On en trouve par exemple naturellement dans l’eau des sources, des
rivières, des nappes phréatiques à une concentration allant de 15 à 25 mg/l. A ce taux-là, ils
ne présentent aucun danger pour la santé. Le problème survient lorsqu’il y a un excès de
nitrates dans l’eau des rivières ou dans les nappes souterraines qui vont servir à l’eau de
distribution. Cet excès de nitrates (la norme limite est fixée à 50 mg/l) est principalement
due l’utilisation excessives d’engrais riches en nitrates et destinés à faire pousser les
plantes plus vite. L’élevage intensif (notamment de porcs) produit de grosses quantités de
nitrates (présents dans les urines des animaux) qui sont souvent répandus sur les champs : ce
qui n’est pas utilisé par les plantes s’infiltre alors dans le sol en même temps que l’eau de
pluie et se retrouve dans les nappes souterraines.
S’ils se retrouvent en excès dans l’eau du robinet, des bactéries contenues dans notre
système digestif les transforment en nitrites qui pourraient déclencher certains cancers.
Les nitrites peuvent également affecter aussi le transport de l’oxygène par le sang,
notamment chez les jeunes enfants. Mais il s’agit là de cas rarissimes, l’eau alimentaire étant
en permanence surveillée et analysée.
Dans la nature, une quantité trop importante de nitrates dans l’eau peut aussi provoquer une
multiplication excessive des algues qui, après leur mort, épuisent l’oxygène en se
décomposant. Ce phénomène, appelé « eutrophisation » tue la plupart des autres êtres
vivants de la rivière, du lac ou de la mer par manque d’oxygène.
36
G-M Jacques

Mélanges et corps purs
___________________________________________________________________________________
6.1. L’air qui nous entoure
Comme nous l’avons déjà dit, l’une des préoccupations de la chimie est de connaître la composition
des substances qui constituent l’univers, la terre en particulier.
Nous allons procéder à une analyse partielle de l’air qui nous entoure.
MANIPULATION : A la surface de l’eau d’un cristallisoir, on dépose un flotteur sur lequel se
trouve du phosphore rouge. On recouvre le tout d’une cloche en verre épais,
graduée en six parties de volume égal. On ajuste le niveau de l’eau dans le cristallisoir
de façon à ce qu’il arrive à la première graduation.
Au moyen d’une pointe de fer rougie, on enflamme le phosphore et on referme
aussitôt la cloche.
OBSERVATIONS, HYPOTHESES ET CONCLUSIONS
1. Dresse un tableau des observations, des hypothèses et des vérifications.
2. Complète le schéma de droite ci-dessus pour qu’il reflète ce que l’on observe à la fin de l’expérience.
6.2. L’air est un mélange
Dans l’expérience précédente, le gaz qui se trouve dans l’air et qui permet la combustion du phosphore l’a pas
« disparu » : au contact du phosphore enflammé, il s’est transformé en un autre corps qui nous est apparu sous
forme d’une fumée blanche. Cette fumée est de l’oxyde de phosphore. Comme nous l’avons vérifié, cet oxyde
de phosphore réagit avec l’eau pour donner une substance acide qui colore en rouge le méthylorange.
Ce gaz, intervenant pour 1/5 dans la composition de l’air, est de l’oxygène.
Pour des raisons que nous ne pouvons expliquer en détails, l’oxygène présent dans l’air ne se trouve pas sous la
forme d’atomes, mais bien sous la forme de molécules O2
Dans la nature, on ne trouve jamais d’atomes d’oxygène seuls (ils seraient trop instables).
L’oxygène « pur » se trouve sous la forme de molécules diatomiques O2
37
G-M Jacques

Le gaz restant, qui n’entretient pas la combustion est de l’azote. Tout comme l’oxygène, il se trouve dans l’air
sous la forme de molécules diatomiques N2
En première approche, nous pouvons dire que l’air qui nous entoure est formé à 80% de
molécules de diazote N2 et de 20% de molécules de dioxygène O2 . Ces deux gaz coexistent
sans réagir chimiquement ensemble : l’air est un mélange.
Mais nous savons aussi par l’usage que l’air atmosphérique contient aussi d’autres substances comme le
dioxyde de carbone CO2 (aussi appelé gaz carbonique). Celui-ci est normalement présent à raison de 0,03%.
Enfin l’air contient des gaz rares à l’état d’atomes seuls en très faibles proportions (argon, xénon…), des gaz
polluants, et bien sûr de la vapeur d’eau.
Tous ces gaz ne réagissent pas chimiquement ensemble.
Atome d’hydrogène
Atome de carbone
Atome d’azote
Atome d’oxygène
Atome d’un gaz rare
3. Notez dans votre cahier la définition du mot « mélange »
38
Un modèle de l’air
G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
Le point sur la couche d’ozone
Passez votre main à la surface de votre téléviseur au moment où vous le mettez en marche : vous
entendez un grésillement et une odeur caractéristique vous vient au nez. Cette odeur, que l'on
retrouve partout où se forme une étincelle électrique est celle d'un gaz
particulier: l'ozone. Bien curieuse molécule que celle d'ozone: alors que
l'oxygène se trouve dans l'air atmosphérique sous forme de molécules
diatomiques 02 (c'est pour cette raison que les chimistes l'appellent
dioxygène), la molécule d'ozone est formée par l'association de 3
atomes d'oxygène, soit 03.
On retrouve principalement cette molécule dans une couche
d'atmosphère située à 25 km au- dessus de nos têtes. Elle n'y est présente qu'en très faible
proportion au milieu des molécules de diazote et de dioxygène ; c'est pourquoi il faudrait préférer le
terme "couche à ozone" plutôt que celui de "couche d'ozone".
Aujourd'hui, la dégradation de cette couche à ozone, qui protège la terre et donc les humains d'un
excès de rayons ultra-violets (plus couramment désignés par U.V.) inquiète le monde scientifique. Des
études précises ont permis d'établir que son épaisseur a diminué de 4% entre 1970 et le milieu des
années 90 Cette diminution s'accompagne d'un "trou" au-dessus de l'Antarctique et des découvertes
récentes ont mis à jour un trou semblable au dessus du pôle nord. Cette détérioration aboutit à une
plus grande pénétration des rayons U.V. responsables notamment des coups de soleil ainsi que de
nombreuses maladies de la peau pouvant aller jusqu'au cancer.
Quant à la cause de cette diminution de la quantité d'ozone, plusieurs hypothèses s'affrontent : la
plus courante est celle qui en rend responsable l'usage abusif des bombes aérosols. En effet,
l'utilisation de celles-ci envoie dans l'air des gaz appelés chloro-fluoro-carbone (plus couramment
C.F.C.) utilisés comme gaz propulsifs. Utilisés également dans la fabrication de mousses synthétiques,
ils provoquent lors de leur libération dans l'atmosphère une augmentation de produits chlorés qui
détruisent les molécules d'ozone.
Depuis une dizaine d’année, il semblerait que l’interdiction de CFC dans les bombes aérosols a permis
d’enrayer ce problème et que la situation aurait tendance à se stabiliser.
QUELQUES QUESTIONS A PROPOS DE CE TEXTE
4. Qu’appelle-t-on « couche d’ozone » ? Quel est son rôle ?
5. Pourquoi le terme « couche d’ozone est-il ma choisi ? Quel autre
terme faudrait-il préférer ?
6. Pourquoi la dégradation de la couche à ozone semble-t-elle
s’arrêter ?
7. Voici le modèle d’une molécule de CFC. Quelle est sa formule
chimique ?
8. Parmi les éléments qui constituent cette molécule, quel est celui qui est responsable de la dégradation
des molécules d’ozone ?
39
Cl
Cl
C
Cl
F
G-M Jacques

6.3. L’eau
L'eau est vitale: notre corps est constitué de 2/3 d'eau; nous en éliminons à chaque fois que nous expirons,
mais également sous forme de sueur et d'urine, ce qui permet à notre corps de nous débarrasser d'un certain
nombre de déchets. Par conséquent, nous devons sans cesse renouveler cette eau en buvant: tous les
médecins conseillent de boire au moins 1,5 litre d'eau par jour.
L'eau est également un milieu de vie: les mers et les océans recouvrent 2/3 de notre planète. Ils abritent une
foule d'êtres vivants parmi lesquels les algues, principaux producteurs d'oxygène sur la terre.
Et que serait notre planète sans pluie ?
L'eau constitue donc un bien précieux, indispensable, auquel nous devons veiller. Dans le langage courant, le
mot « eau » désigne par conséquent des liquides aussi différents que l'eau de la Meuse ou celle qui coule du
robinet. Toutes ces eaux sont des mélanges et l'homme est continuellement appelé à séparer les constituants
de ces mélanges, afin de rendre l'eau plus propre, ou même potable dans certaines circonstances. La
manipulation 7 t'a appris quelques moyens pour séparer les constituants de ce mélange qu’est l'eau : Dans une
centrale d'épuration, quelles sont les différentes techniques utilisées pour purifier les eaux usées venant des
égouts avant de les rejeter dans la rivière ? (voir film) Ils et cependant possible, à partir de toutes ces eaux
d'obtenir une seule et même eau, possédant des caractéristiques bien définies: température d'ébullition de
100°C à pression atmosphérique normale; température de fusion/solidification de 0°C, incolore, inodore,
insipide.
Ce procédé, très courant en chimie est appelé distillation. Il est destiné à séparer les constituants d'un mélange
à l'état liquide. Le principe d'une distillation est d'évaporer le liquide, puis de condenser les vapeurs à une
température bien déterminée pour reconstituer un liquide que l'on recueille ensuite. L'appareil à distiller utilisé
au laboratoire est constitué d'un ballon à fond rond à haut col muni d'une tubulure latérale. Le ballon est fermé
par un bouchon à travers lequel passe un thermomètre de contrôle. La tubulure latérale est connectée à un
réfrigérant. Celui-ci est formé d'un tube central entouré d'un manchon dans lequel circule de l'eau froide.
Une fois le liquide à ébullition (100°C pour l'eau), les vapeurs envahissent le tube central du réfrigérant, se
condensent à cause du froid et le liquide ainsi obtenu est récolté dans un erlenmeyer .
9. Annote l'appareil schématisé ci-dessous.
40
G-M Jacques

L’eau obtenue après distillation est un ensemble de molécules identiques répondant à la formule H2O : c’est un
corps pur.
10. Ecrivez dans votre cahier une définition du mot « corps pur »
Le mot « pur n’a donc pas exactement le même sens dans le langage courant ou dans le langage chimique : ce
que l’on appelle « air pur » est un mélange au sens chimique du terme.
De même, lorsque l’on dit qu’une eau de source est « pure », il s’agit d’un mélange car elle contient autre
chose que des molécules d’eau, des sels minéraux entre autre.
Ce procédé de distillation est également utilisé pour produire de l’alcool de fruit pas exemple : le moût (c’està-dire
ce qui reste après pressage du raisin) es laissé à fermenter. On le distille ensuite afin de séparer l’alcool
du reste des substances.
Il est également utilisé pour séparer les divers constituants du pétrole afin de le rendre utilisable.
6.4. Classification des corps purs
Les corps purs peuvent être constitués soit d’atomes, soit de molécules. On peut les classer en 3 catégories :
Les corps purs élémentaires sont, comme leur nom l’indique, formés d’atomes
semblables. L’hélium contenu dans une bonbonne est un corps pur élémentaire car
cette bonbonne ne contient que des atomes d’hélium qui ne sont pas liés entre eux,
c’est-à-dire qui ne forment pas de molécules.
L’or est l’un des rares corps purs élémentaires que l’on peut trouver à l’état naturel :
certaines pépites sont uniquement formées d’atomes d’or non liés entre eux, c’est-àdire
ne formant pas de molécules.
O2
Les corps purs simples sont formés de molécules elles-mêmes constituées
d’atomes semblables : c’est par exemple le cas du dioxygène O2, du diazote N2,
ou encore de tétraphosphore P4.
Les corps purs composés sont également formés de molécules, mais ces
molécules sont formées d’atomes différents (de plusieurs éléments) : c’est le
cas de la plupart des substances qui se trouvent dans l’armoire de chimie : le
chlorure de suivre CuCl2, le carbonate de calcium CaCO3, ou encore du
dioxyde de carbone CO2 contenu dans l’extincteur.
41
Au
CO2
G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
Obtention de l’huile essentielle de lavande par distillation
CHAUDIERE
Les fleurs de lavande fraîchement coupées sont placées sur une grille dans une cuve de capacité de 200 à 600
litres. Sous la grille, on a placé de l’eau que l’on fait bouillir. La vapeur d’eau entraîne avec elle l’huile contenue
dans les fleurs de lavande et l’ensemble vient se condenser dans un réfrigérant.
Dans l’essencier, on récolte de l’eau et de l’huile qui surnage. On peut alors séparer celle-ci de l’eau par
décantation grâce à leur différence de densité.
L’hydrolat est une eau parfumée.
Il faut environ 100 kg de fleurs pour obtenir un litre d’huile essentielle.
Source : http://www.routes-lavande.com/connaitre/alambic.html
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G-M Jacques

POUR EN SAVOIR PLUS...
La distillation du pétrole
Du pétrole brut aux produits raffinés
La distillation est un moyen de séparer les constituants d'un mélange, ou même d'obtenir un corps pur. Cette technique appliquée à l'eau
n'offre dans la pratique qu'un intérêt limité. Par contre elle s'avère indispensable dans bien d'autres cas comme celui du pétrole par
exemple.
Le pétrole brut est un mélange de plusieurs centaines de molécules aux propriétés bien différentes. A l'état naturel, il se présente sous la
forme d'un liquide brun visqueux et malodorant. Sa formation a commencé il ya plusieurs millions d'années: la terre était alors recouverte
d'eau salée. Dans ces mers aujourd'hui disparues vivaient quantités d'animaux aujourd'hui disparus, des milliards de tonnes d'algues et de
plancton. Les cadavres de tous ces organismes vivants se sont accumulés en certains points. Par la suite, les mers se sont retirées, des
poches se sont formées et l'action de certaines bactéries alliée à des pressions et des températures élevées a transformé en pétrole cette
bouillie organique en putréfaction. A l'état brut, le pétrole est inutilisable. Il faut donc le traiter de manière à séparer les unes des autres les
diverses molécules constituantes.
La première et la principale opération est la « distillation fractionnée » (voir schéma page suivante) : elle consiste à chauffer le pétrole brut
dans des chaudières à 400°C, puis à envoyer les vapeurs vers la base d'une colonne de distillation (ces hautes tours métalliques entourées
de tuyaux qui caractérisent les usines pétrochimiques) dont la hauteur peut atteindre 50 met pouvant traiter jusqu'à 50000 tonnes de brut
par jour.
A l'intérieur de cette tour, de 30 à 50 plateaux communiquent entre eux par des tubulures. Les vapeurs provenant de l'ébullition du pétrole
s'y propagent et montent entre les plateaux. Les produits les moins volatils (c'est-à-dire ceux dont la température d'ébullition est la plus
élevée) se condensent rapidement dans les étages inférieurs tandis que les vapeurs des produits les plus volatils comme l'ess ence, l'éther
ou le naphta, matière première pour la fabrication des plastiques, vont se condenser en haut de la tour, là où la température est la plus
basse. A chaque étage de la tour, on recueille différents produits destinés à des usages bien particuliers. Une partie de ces produits doit
encore subir une série de traitements destinés soit à les fractionner encore davantage (opération de « craquage » qui consiste à casser des
grosses molécules pour en faire des plus petites), soit à les purifier, soit à les enrichir de façon à obtenir les produits de haute qualité que
nous utilisons tous les jours: matières synthétiques, plastiques, médicaments, produits cosmétiques, matériaux composites etc ... Cet
ensemble de procédés porte le nom de pétrotrochimie.
35%
UTILISATION DU PETROLE
29%
7%
3%
Comme nous le montre le graphique de la page précédente, plus des t de la production mondiale de pétrole partent en fumée et seule une
petite partie est transformée en produits indispensables à notre vie quotidienne, plastiques et médicaments notamment. Or les réserves
de pétrole sont estimées à seulement quelques dizaines d'années. Cest pourquoi il est important de rechercher d'autres moyens pour
produire de l'énergie, afin de conserver les réserves de pétrole. Ainsi l'hydrogène pourrait peut-être remplacer l'essence dans les voitures.
L'électricité pourrait être en partie fabriquée à partir de l'énergie éolienne. Les systèmes de chauffage complétés par l'utilisation de
l'énergie solaire et surtout, tout gaspillage d'énergie pourrait être évité. Il y va de l'intérêt de chacun.
43
4%
22%
35% chauffage et production d’électricité
29% 1véhicules
22% 2fonctionnement
des industries
7% produits autres que le plastique
3(médicaments,
cosmétiques…)
4% plastiques
4
3% pétrochimie (huiles …)
5
6
G-M Jacques

- D'où vient le pétrole ? (explique son origine)
- Que signifie « distillation fractionnée » ?
- Quelle est la différence avec une distillation ordinaire ?
- Le pétrole brut est-il un corps pur ? Justifie.
- Cite quelques exemples d'utilisation du pétrole.
44
G-M Jacques

6.5. Pour bien aborder la suite, faites-vous des images…
Lorsque vous pensez « fer », vous devez avoir 2 choses en tête :
- D’abord l’image d’un morceau de fer (par exemple un bloc de fer ou un rail
de chemin de fer.
1 atome de fer
- Mais vous devez aussi en avoir une image « atomique » : un
morceau de fer est un ensemble d’atomes de fer placées les uns
contre les autres. Ce concept est plus difficile à imaginer car il
est abstrait, hypothétique.
Sur ce modèle, on voit bien que le fer est un corps pur élémentaire, puisqu’il est constitué d’atomes
identiques
- De même lorsque vous pensez « eau » vous devez avoir l’image de
ce liquide inodore, incolore, insipide etc….
- Mais vous devez aussi avoir en tête une image (moins marrante)
moléculaire de l’eau, celle d’une molécule formée de 3 atomes : 2
d’hydrogène et un d’oxygène.
Sur ce modèle, on voit bien que l’eau est un corps pur composé, puisqu’elle est constituée de molécules
identiques et que ces molécules sont formées de plusieurs éléments : l’hydrogène et l’oxygène.
45
G-M Jacques

- Mais vous devez aussi avoir son image moléculaire
Atome
d’hydrogène
Atome de
carbone
Atome d’azote
Atome
d’oxygène
Atome d’un
gaz rare
- Enfin, si nous pensez « air », vous devez voir dans votre tête un
gaz incolore sui entoure la terre et qui constitue notre
atmosphère
Sur ce modèle, on voit bien que l’air est un mélange, puisqu’il est constitué de molécules différentes qui ne
réagissent pas entre elles.
46
Un modèle de l’air
G-M Jacques

Equations chimiques
___________________________________________________________________________________
7.1. La loi de Lavoisier
Jusqu’à présent, nous nous sommes contentés de décrire les phénomènes de façon qualitative.
Or la mesure des masses réagissantes est d’une grande importance en chimie. Pour un industriel
qui fabrique des produits par voie chimqiue, il est essentiel de connaître les proportions et les
masses qui réagissent.
C’est pourquoi nous allons quantifier le phénomène chimique.
PREMIERE EXPERIENCE
Sur le plateau d’une balance, on dépose deux erlenmeyers, l’un contenant
une solution de chlorure de fer III et l’autre une solution d’iodure
d’hydroxyde de sodium. Ces deux réactifs sont parfaitement solubles dans
l’eau et leur solution est transporente.
1. Quelle est la formule chimique de chacun de ces deux réactifs ?
2. A ce moment, la balance indique…
Ensuite, on met ces deux réactifs en présence
3. Qu’observe-t-on ? Y a-t-il réaction chimique ? Pourquoi ?
4. Qu’indique la balance si on repèse le tout ? Que peut-on en conclure ?
SECONDE EXPERIENCE
Dans un erlemeyer, on introduit un fond de chlorure d’hydrogène (
On pèse le tout en même temps qu’un petit morceau de calcaire (carbonate de
calcium )
Ensuite, on laisse doucement tomber le morceau de calciare dans l’erlenmeyer et on
le replace sur la balance
5. Notez vos observations, vos hypothèses et une conclusion
TROISIEME EXPERIENCE
Dans une capsule en porcelaine, on introduit quelques grammes d’un mélange de fer et de soufre. On pèse le
tout avec précision.
Ensuite, on met au contact de ce mélange une pointe de fer chauffée au rouge.
6. Notez vos observations, vos hypothèses et une conclusion
Une fois refroidi, on repèse le produit obtenu avec précision :
7. Dans chacun de ces trois cas, il y a eu réaction chimique. Pourquoi ?
8. L’ensemble de vos conclusion vous permet maintenant d’énoncer la loi de laoisier et de donner une
définition plus précise d’une réaction chimique
47
G-M Jacques

7.2. L’équation chimique
1 er cas
Nous avons vu (§ 7.1. 3 ème expérience) que le fer et le soufre peuvent se combiner pour donner un solide gris :
le sulfure de ferII
Nous pouvons à présent traduire cette réaction chimique de façon symbolique :
Fe + S FeS
2 ème cas :
Le premer cas est assez simple. Il n’en va pas toujours de même. Nous avons vu (§ 2.4.) que, sous l’effet d’un
courant électrique, l’’eau se décomposait en deux gaz : le dihydrogène et le dioxygène . Nous pouvons à
présent traduire cette réaction chimique de décompostion de l’eau de façon symbolique :
H2O H2 + O2
Cependant, écrite de cette manière, cette équation ne respecte pas la loi de Lavoisier : il n’y a pas le même
nombre d’atomes de chaque sorte dans chaque membre de l’équation. Pour que cele soit le cas, nous devons
prendre au moins 2 molécules d’eau. Nous obtiendrons alors 2 molécules de duhydrogène et une de
dioxygène, ce qui s’écrit :
H2O H2 + O2
Dans ce cas, nous dirons que l’équation est pondérée et peut se traduire par le phrase suivante :
3 ème cas :
Nous avons vu également que le magnésium brûle en émettant une lumière très vive. En nous basant sur la
définition d’une combustion (voir § 5.5. ), nous pouvons écrire l’équation chimique de la combustion du
magnésium :
7.4. Modèle de la synthèse de l’eau
Nous avons vu dans le cours (p. 16) que L’eau est le résultat de la combinaison de deux matières plus simples :
le dioxygène et le dihydrogène. Nous pourrions modéliser ce phénomène de la manière suivante :
H2
O2
Boum
10. Ecrivez l’équation chimique relative à la synthèse de l’eau
48
H2O
G-M Jacques

7.4. Exercices
Recopie chacune des équations ci-dessous en les pondérant
1. FeS + HCl => H2S +FeCl2
2. KNO3 => KNO2 +O2
3. Pb(NO3)2 => PbO +NO2 + O2
4. Na + H2O => NaOH +H2
5. Fe + H2O =>Fe3O4 + H2
6. Fe3O4 +H2 => Fe + H2O
7. CO2 + NaOH =>NaHCO3
8. NaCl + H2SO4 =>HCl + NaHSO4
9. CaCO3 => CaO + CO2
10. ZnS + O2 => ZnO +SO2
11. Na2O2 +H2O => NaOH + O2
12. Al + H2SO4 =>Al2(SO4)3 +H2
13. C3H8 +O2 => CO2 + H2O
14. NH3 +H3PO4 =>(NH4)3PO4
15. S + O2 =>SO2
16. SO2 + O2 =>SO3
17. FeS + HCl => FeCl2 +H2S
18. PCl5 + H2O => H3PO4 + HCl
19. Ca(OH)2 + H3PO4 => Ca3(PO4)2 + H2O
20. H2S + O2 => H2O + SO2
21. NH3 + O2 => NO + H2O
22. Fe + FeCl3 => FeCl2
23. NH3 + O2 => NO + H2O
24. H2O2 => H2O + O2
25. Al + HCl => AlCl3 + H2
49
G-M Jacques

7.5. Autres réactions observées en classe : mise en équation
11. Voici le rappel de quelques réactions réalisées et observées en classe. Vous devez maintenant être capables
les mettre en équation et de traduire chacune de ces équations par une phrase.
a) L’aluminium et le chlorure de cuivre II réagissent ensemble (voir labo 2). Lors de cette réaction, il se forme
un précipité de cuivre pur et du chlorure d’aluminium.
b) L’iodure de potassium et le nitrate de plomb II réagissent pour former un précipité jaune d’iodure de
plomb II et du nitrate de potassium (voir labo 8)
c) Le calcaire (carbonate de calcium) réagit avec le chlorure d’hydrogène pour former du chlorure de calcium .
Lors de cette réaction, il se forme aussi de l’eau et il se dégage du dioxyde de carbone. (voir labo 10)
d) Le fer III s’oxyde, c’est-à-dire qu’il réagit avec le dioxygène de l’air pour former de l’oxyde de fer.
e) Le charbon de bois (carbone) brûle
f) Le cuivre réagit avec le nitrate d’hydrogène pour former du dioxyde d’azote NO2 (gaz brun irritant), du
nitrate de cuivre II et de l’eau.
7.6. Autres phénomènes chimiques courants
Le gaz qui se dégage lorsque l’on fait éclater une boule puante est du sulfure d’hydrogène (gaz à odeur d’oeuf
pourri). Il est produit par la réaction entre le sulfure de fer II et l’esprit de sel (chlorure d’hydrogène), réaction
qui produit aussi du chlorure de fer FeCl2.
1. Certaines boîtes de conserves utilisées par les alpinistes sont formées d’une double paroi contenant de
l’eau et de la chaux vive (oxyde de calcium mais qui ne sont pas en contact.
Par un dispositif spécial, il est possible de les faire entrer en contact, ce qui produit une réaction fortement
exothermique permettant de réchauffer l’aliment contenu dans la boite.
Le produit de cette réaction est l’hydroxyde de calcium
2. Une des solutions envisagées pour économiser le pétrole est de remplacer l’essence des moteurs par du
dihydrogène. Celui-ci mis à l’état liquide par compression réagit avec le dioxygène de l’air pour former de
la vapeur d’eau. Cette réaction est explosive et dégage une grande quantité d’énergie qui permet
d’actionner le moteur.
3. Le gonflement de l’air bag d’une voiture se fait grâce à une production subite de diazote produit par la
décomposition, sous l’effet d’un choc, de nitrure de sodium Na3N qui se décompose en diazote et en
sodium.
4. Les grottes sont des énormes creux au sein des rochers qui ne se forment qu’en terrain calcaire. Leur
formation est le résultat d’un processus chimique : d’abord, l’eau des nuages réagit avec le dioxyde de
carbone pour former du carbonate d’hydrogène. (1 ère équation)
Celui-ci est un acide qui réagit avec le calcaire (carbonate de calcium) pour former du bicarbonate de
calcium. (2 ème équation) Ce bicarbonate de calcium est soluble dans l’eau, tandis que le carbonate ne l’est
pas. La roche se creuse donc petit à petit et, au bout de plusieurs dizaines de milliers d’années, des grottes
de taille imposante peuvent se former.
50
G-M Jacques

Sur le plafond d’une grotte, l’eau contenant le bicarbonate s’évapore. Le bicarbonate se retransforme alors
en carbonate de calcium et en eau. Ce carbonate de calcium forme alors une stalactite. Si ce phénomène
se passe sur le sol, il se forme une stalacmite.
7.7. Combustion complète et incomplète
12. Rappelle ce que l’on entend par « combustion ». Que se passe-t-il lorsque l’on fait brûler du gaz naturel CH4
au bec bunsen ?
PREMIERE EXPERIENCE : on maintient durant quelques secondes un berlin reversé au
dessus de la flamme d’un bunsen.
13. Observez et concluez
SECONDE EXPERIENCE : on maintient durant quelques instants un tube à essai au dessus de la
flamme du bunsen puis on introduit un peu d’eau de chaux dans le tube et on agite
14. Observez et concluez
EXPERIENCE TEMOIN : on introduit un peu d’eau de chaux dans un tube à essai puis on agite.
15. Observez et concluez
16. A partir de ces faits expérimentaux, écrivez l’équation chimique relative à la combustion du méthane CH4
51
G-M Jacques

TROISIEME EXPERIENCE : Plaçons un tube à essai vide dans la flamme d’un bunsen
Dans le premier cas, la virole est ouverte : Dans le second cas, on a fermé la virole :
La flamme est bleue, très chaude La flamme est orange, peu chaude
17. Observez et concluez
Conclusion …
Dans premier cas, tous les atomes de carbone entrant dans la composition des molécules de
méthane se combinent à deux atomes d’oxygène pour former du dioxyde de carbone CO2.
En même temps, il se forme de l’eau.
Dans ce cas, on dit que la combustion est complète
Dans le second cas, certains atomes de carbone ne se combinent pas à des atomes
d’oxygène : il y a un manque d’oxygène car la virole est fermée. Ces atomes de carbone
« libres » s’envolent sous forme de poussière noire, ou suie. Ces atomes de carbone libres
viennent alors se fixer sur les parois du tube.
Dans ce cas, on dit que la combustion est incomplète
52
G-M Jacques

7.8. Le tueur silencieux
Dans le paragraphe précédent, nous avons envisagé 2 cas :
- Soit tous les atomes de carbone se lient à deux atomes d’oxygène pour former du CO2 : la combustion
est complète
- Soit certains atomes de carbone ne lient pas à de l’oxygène (car il y en a trop peu) et forment la suie :
la combustion est incomplète. Un autre phénomène peut alors se produire, sorte de situation
d’intermédiaire : il peut se former du monoxyde de carbone CO.
Celui-ci est un gaz inodore, incolore, très dangereux car très toxique pour l’homme : il a la propriété
de se fixer sur les globules
rouge environ 200 fois plus vite
que l’oxygène et de
« bloquer » ceux-ci, les
empêchant ainsi d’oxygéner
notre corps. Il s’ensuit une
asphyxie et une mort rapide.
Ce monoxyde de carbone que
l’on nomme aussi « tueur
silencieux » peut se former
partout où il se passe une
combustion, par exemple dans
LE TUEUR SILENCIEUX A ENCORE FRAPPE
Depuis plusieurs jours, on était sans nouvelle
de madame Serotte. Alertée, la police a pénétré
mardi matin dans son appartement et y a fait une
macabre découverte. Madame Serotte avait été
intoxiquée par du monoxyde de carbone qui s’est
sans doute dégagé d’un chauffage d’appoint. La
victime, qui était malheureusement décédée
depuis deux jours a été emmenée à la morgue par
les pompes funèbres Marc Arbée. (Liège, mardi
matin)
un chauffe-eau, dans un appareil de chauffage mal réglé ou relié à une cheminée mal ramonée, ou
encore dans les moteurs de voiture.
C’est pourquoi il est indispensable de toujours bien faire ramoner les cheminées et de faire vérifier
régulièrement (et par un spécialiste) l’état des appareils de chauffage.
Seraing : il l’a échappé belle…
Jeudi après-midi, madame Wilnant était toute
contente : son patron l’avait autorisée à quitter son
travail une heure plus tôt que d’habitude. Lorsqu’elle
est rentrée chez elle, une forte odeur d’essence se
répandait dans toute la maison. Se rendant dans son
garage, madame Wilnant y a découvert le corps de
son fils inanimé à côté de sa moto dont le moteur
tournait encore. Transporté d’urgence à l’hôpital de
Bois de l’Abbaye, celui-ci a pu être réanimé après un
passage dans un caisson à oxygène. Ayant repris
connaissance, le jeune Denis (17 ans) a raconté qu’il
avait procédé au nettoyage et à l’entretien de sa moto.
Voulant s’assurer qu’elle « tournait bien », il a fait
fonctionner le moteur dans le garage fermé. Une
quantité importante de monoxyde de carbone
provenant des gaz d’échappement s’est alors
répandue dans le garage, manquant de provoquer la
mort du jeune garçon. Merci patron…
53
G-M Jacques

Modèle de l’électrolyse de l’eau
POUR EN SAVOIR PLUS...
Des modèles pour expliquer ….
+ - + - + +
-
-
1. le circuit estouvert :
l’eau se trouve sous
forme de molécules
H2O
2. on ferme le circuit : sous l’action du
courant électrique, chaque molécule
d’eau se « casse », se scinde en 2 ions
H + et un ion O = : les ions H + sont
attirés vers la borne – (cathode),
tandis que les ions O = sont attirés
vers la borne + (anode)
2 H2O 2 H2 + O2
54
3. Les ions H + se regroupent pour former
des molécules H2, tandis que les ions O
forment des molécules O2.. Ces molécules
gazeuses s’échappent du liquide.
Remarquons qu’il se forme deux fois plus de
molécules H2 que de molécules O2
G-M Jacques

Classons quelques corps purs composés
____________________________________________________________________________
8.1. Différences entre substance minérale et substance
organique
En première et en seconde année, nous avons défini le mot « organique» comme « vivant ou
d'origine vivante ». D'un point de vue chimique, une molécule organique est principalement
constituée de carbone. En effet, les atomes de carbone ont la particularité de pouvoir se lier
entre eux en formant des chaînes parfois très longues (plusieurs dizaines de milliers
d'atomes).
CH4 : méthane ou
gaz naturel
C7H16 : essence
55
C4H10 : butane (gaz que l’on
trouve dans les bonbonnes)
C2H4O2 = vinaigre
C12H22O11 = sucre de la betterave
Ce morceau de molécule CH2---CH2 mis environ 200 000 fois bout à
bout forme une molécule très longue appelée polyéthylène qui
n’est autre que le plastique dont on fait les bouteilles.
G-M Jacques

Le charbon est du carbone pratiquement pur: c'est donc un corps organique. Il est d'origine végétale: des forêts
entières ont été détruites puis enfouies dans le sol lors des grands bouleversements géologiques qu'a connu
notre planète. Le bois s'est peu à peu fossilisé, c'est-à- dire transformé en une roche noire et dure en perdant
tous ses autres éléments constitutifs. Depuis le 17ème siècle et jusqu'au milieu du 20 ème , il a été la principale
source d'énergie pour le chauffage domestique et les industries avant d'être remplacé par le pétrole dont le
prix de revient était nettement inférieur. Hormis l'eau et quelques autres molécules, toutes les molécules du
vivant sont des molécules organiques. On les divise en trois grandes familles dont vous avez déjà entendu
parler: les glucides (sucres), les lipides (graisses) et les protides (protéines).
Le plus souvent, En plus du carbone, de l’oxygène et de l’hydrogène, les molécules organiques contiennent un
nombre restreint d'autres éléments qui sont par ordre d'abondance: l'oxygène, l'hydrogène, l'azote, et, plus
rarement, le phosphore et le soufre. Tous les autres éléments du tableau périodique entrent parfois dans la
composition des molécules organiques, mais en pourcentage infimes, c'est pourquoi on les appelle oligoéléments.
La variété de molécules organiques est telle que l'on en a fait une branche particulière à la chimie: la chimie
organique ou chimie du carbone.
Par opposition, on qualifiera de « minérales» toutes les substances n'étant pas essentiellement constituées
d'atomes de carbone. C’est la cas de pratiquement toutes les substances que nous trouvons dans l'armoire de
chimie des 3ème année et que vous avez utilisées au laboratoire. Remarquons pour terminer que les règles
établies pour la formation et le nom des molécules ne sont valables que pour la chimie minérale.
8.2. Classification des substances minérales
La manipulation 10 t'a permis de classer quelques substances minérales courantes dans la maison. D'après
leurs formules et leurs propriétés, on peut classer les substances minérales en 4 grands groupes, que nous
avons déjà rencontrés: les acides, les bases ou hydroxydes, les oxydes et les sels.
8.2.1. COMMENT SE FORMENT LES OXYDES, LES ACIDES ET LES BASES ?
Lors du chapitre 3, nous nous sommes basés sur les propriétés physiques des éléments pour les classer en
métaux et non métaux. Nous avons vu que ce classement n’était pas parfait, chaque propriété présentant des
exceptions.
Intéressons-nous aux propriétés chimiques de deux éléments, l’un supposé « métal » (le magnésium) et l’autre
supposé « non-métal » (le soufre)
EXPERIENCE : on enflamme un morceau de
magnésium en ruban au bout d’une tige
métallique, puis on l’introduit dans un bocal en
fermant le couvercle comme le montre le schéma
ci-dessous.
Morceau de magnésium
eau
56
EXPERIENCE : on enflamme un peu de soufre en
poudre dans une cuillère à combustion, puis on
l’introduit dans un bocal en fermant le couvercle
comme le montre le schéma ci-dessous.
eau
Morceau de soufre
G-M Jacques

Lorsque la combustion est terminée, on agite le
bocal, puis on teste l’acidité ou la basicité au
moyen d’un indicateur coloré.
Chlorure d’hydrogène (acide chlorhydrique)
utilisé par exemple dans la fabrication du PVC dont
on se sert pour fabriquer des canalisations
Nitrate d’hydrogène (acide nitrique)
utilisé pour la fabrication d’engrais, en
métallurgie, dans les combustibles pour
fusées
57
Lorsque la combustion est terminée, on agite le
bocal, puis on puis on teste l’acidité ou la basicité
au moyen d’un indicateur coloré.
1. Notez vos observations, traduisez sous forme d’équation chimique et tirez une conclusion générale de
cette expérience.
8.2.2. LES ACIDES
Les acides sont des substances piquantes (on peut goûter le vinaigre ou le jus de citron).
Au contact des acides, le jus de chou rouge se colore en rouge et le méthyl-orange en rose. Dans notre vie
courante, l'acidité d'un milieu peut avoir d'importantes conséquences sur son fonctionnement ou son
développement : les pluies acides détruisent les forêts, tuent la vie dans les lacs et abîment les bâtiments.
L'acidité du sol provoquée par des plantations excessives de résineux tue toute forme de vie dans le sol,
empêche le phénomène de décomposition et rend le sol incultivable.
Les parois de notre estomac sécrètent de l'acide chlorhydrique (appelé dans ce cas suc gastrique) qui permet la
digestion des aliments.
On sait depuis très longtemps que le vinaigre permet de conserver des aliments comme les oignons, car son
acidité empêche le développement des bactéries et autres moisissures.
On pourrait ainsi trouver mille autres exemples.
2. Voici quelques acides minéraux très courants indique leur formule chimique. Ensuite, classe-les en 2
groupes :
Bromure d’hydrogène (acide bromhydrique)
3. Ecris ce que l’on peut dure de la formule chimique d’un acide.
Phosphate d’hydrogène (acide phosphorique)
utilisé dans la fabrication d’engrais, de détergents et
du Coca-Cola:
Sulfate d’hydrogène (acide sulfurique)
très nombreuses utilisations dans les colorants, les
engrais, la déshydratation des aliments en vue de les
conserver
G-M Jacques

Suivant leur formule, on peut les classer en deux groupes, que nous symboliserons de façon très générale en
désignant les métaux par la lettre M, les non métaux par la lettre X, l’’oxygène par O et l’hydrogène par H
ACIDES BINAIRES
Comme HCl Comme H2SO4
H2S HNO3
HBr HCO3
8.2.3. LES BASES
HX
Comme nous l’avons vu lors de la manipulation 10, les bases ont des propriétés mordantes, décapantes.
Voici quelques exemples de bases que l’on peut trouver dans le commerce ou dans un laboratoire.
- Indique leur formule chimique
Soude caustique (calligène) ou hydroxyde de sodium :
Hydroxyde de potassium :
Hydroxyde de magnésium :
Les bases sont également appelées hydroxydes
8.2.4. LES OXYDES
On distingue deux types d’oxydes :
OXYDES METALLIQUES
MO
BASES
MOH
58
OXYDES
NON METALLIQUES
XO
ACIDES TERNAIRES
HXO
G-M Jacques

Modèle de l’oxydation du fer
POUR EN SAVOIR PLUS...
Des modèles pour expliquer ….
1 atome de fer 1 atome d’oxygène
Les molécules de dioxygène O2 sont assez instables puisque constituées de deux atomes « capteurs » d’électrons. Aussi, au
contact d’un morceau de fer (ou d’un autre métal) ces molécules (qui se trouvent dans l’air) se séparent et les atomes
d’oxygène (capteurs d’électrons) viennent se lier aux atomes de fer (donneurs d’électrons) qui se trouvent en surface, pour
former de l’oxyde de fer Fe2O3. Le fer se ternit, on dit qu’il s’oxyde.
L’équation relative à cette réaction est :
4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3
Le même phénomène se produit avec pratiquement tous les métaux
8.3. Conclusion générale…
Métal + dioxygène oxyde métallique (= réaction d’oxydation ou de combustion du métal)
M + O2 MO
Oxyde métallique + eau base
MO + H2O MOH
Non Métal + dioxygène Oxyde non-métallique (= réaction d’oxydation ou de combustion
du non-métal)
X + O2 XO
59
G-M Jacques

Oxyde non métallique + eau Acide ternaire HXO
8.2.4. LES SELS
XO + H2O HXO
On peut classer les sels en deux types : les sels binaires (constitués de deux éléments et les sels ternaires
(constitués de trois éléments)
SELS BINAIRES
MX
60
SELS TERNAIRES
MXO
G-M Jacques