Physique-Chimie 2APIC
L'air qui nous entoure
L'air est invisible, mais c'est de la matière : il occupe un volume, il a une masse, et il se comprime. Composition, propriétés et pollution.
01 L'air est de la matière
On ne le voit pas, on ne le sent pas, et pourtant l'air se comporte comme toute matière : il occupe un espace et personne d'autre ne peut l'occuper à sa place.
Expérience — le verre retourné
- Montage
- Enfoncer verticalement un verre retourné, un mouchoir en papier collé au fond, dans un récipient rempli d'eau.
- Observation
- L'eau ne monte presque pas dans le verre et le mouchoir reste sec.
- Interprétation
- L'air enfermé dans le verre occupe déjà le volume : il empêche l'eau d'entrer.
- Conclusion
- L'air occupe un volume, comme un solide ou un liquide.
Définition
L'atmosphère est la couche d'air qui entoure la Terre. Elle s'étend sur plusieurs centaines de kilomètres, mais devient de plus en plus rare avec l'altitude.
02 L'air a une masse
Expérience — peser l'air
- Montage
- Peser un ballon gonflé, puis le dégonfler et le peser à nouveau sur la même balance.
- Observation
- Le ballon gonflé est plus lourd. La différence est faible mais mesurable.
- Conclusion
- L'air a une masse. Un litre d'air pèse environ 1,3 g dans les conditions ordinaires.
Ordre de grandeur. Une salle de classe de 7 m sur 6 m sur 3 m contient 126 m³ d'air, soit 126 000 litres, donc environ 160 kg. L'air de la salle pèse plus lourd que deux élèves. On ne le sent pas parce qu'il pousse de tous les côtés à la fois.
Ne pas confondre « léger » et « sans masse ». L'air est peu dense — mille fois moins que l'eau — mais sa masse n'est pas nulle. Un gaz reste de la matière.
03 La composition de l'air
L'air n'est pas un corps pur : c'est un mélange homogène de plusieurs gaz.
| Gaz | Proportion en volume | Rôle |
|---|---|---|
| Diazote (N₂) | Environ 78 % | Peu réactif, il dilue le dioxygène |
| Dioxygène (O₂) | Environ 21 % | Indispensable à la respiration et aux combustions |
| Autres gaz | Environ 1 % | Argon, dioxyde de carbone, vapeur d'eau |
Retiens les deux nombres essentiels : environ un cinquième de dioxygène et quatre cinquièmes de diazote. Le reste est marginal en quantité, mais pas en importance : le dioxyde de carbone ne représente que 0,04 % de l'air et joue pourtant un rôle majeur dans le climat.
À toi. Quel volume de dioxygène contient une pièce de 50 m³ d'air ?
21 % de 50 m³, soit 50 × 0,21 = 10,5 m³ de dioxygène.
04 Compressible et expansible
C'est la grande différence entre les gaz et les autres états de la matière.
Expérience — la seringue bouchée
- Montage
- Remplir une seringue d'air, boucher l'embout avec le doigt, puis pousser le piston. Recommencer avec de l'eau.
- Observation
- Avec l'air, le piston avance nettement. Avec l'eau, il ne bouge pratiquement pas.
- Conclusion
- L'air est compressible : on peut réduire son volume. En relâchant, il reprend son volume initial, il est aussi expansible. Les liquides, eux, sont incompressibles.
L'explication par les molécules
Dans un gaz, les molécules sont très éloignées les unes des autres et se déplacent dans tous les sens. Comprimer un gaz revient à les rapprocher, ce qui est facile puisqu'il y a du vide entre elles. Dans un liquide, les molécules se touchent déjà : impossible de les rapprocher davantage.
C'est pourquoi on gonfle un pneu ou une bouteille de plongée : on fait tenir un grand volume d'air dans un petit récipient.
05 Reconnaître les gaz
Deux tests simples reviennent constamment en chimie. Il faut les connaître par cœur.
| Gaz | Test | Résultat positif |
|---|---|---|
| Dioxygène | Approcher une bûchette incandescente | Elle se rallume vivement |
| Dioxyde de carbone | Introduire de l'eau de chaux | L'eau de chaux se trouble et devient laiteuse |
Une expérience classique. Une bougie allumée sous une cloche fermée finit par s'éteindre, et l'eau monte d'environ un cinquième dans la cloche. La combustion a consommé le dioxygène, qui représentait bien 21 % du volume d'air. L'expérience mesure la composition de l'air en même temps qu'elle la démontre.
06 La pollution de l'air
Un air pollué contient des substances nuisibles ajoutées à sa composition normale.
- Origines : circulation automobile, usines, chauffage, brûlage des déchets, et sources naturelles comme les éruptions volcaniques ou le sable en suspension.
- Principaux polluants : monoxyde de carbone, oxydes d'azote, dioxyde de soufre et particules fines.
- Conséquences : maladies respiratoires, pluies acides, dégradation des bâtiments, renforcement de l'effet de serre.
- Actions possibles : transports en commun, filtres industriels, énergies renouvelables, contrôle technique des véhicules.
✓ L'essentiel
- L'air est de la matière
- Il occupe un volume et possède une masse : environ 1,3 g par litre.
- Composition
- 78 % de diazote, 21 % de dioxygène, 1 % d'autres gaz. C'est un mélange homogène.
- Propriétés
- Compressible et expansible, parce que ses molécules sont très espacées.
- Test du dioxygène
- La bûchette incandescente se rallume.
- Test du dioxyde de carbone
- L'eau de chaux se trouble.