Transcript L`air : un mélange de gaz (Chap1)

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COURS : L’air, un mélange de gaz (Chap1)
I. L’atmosphère
II. Composition de l’air
III. Masse, volume et pression
IV. Le dioxygène
V. La pollution atmosphérique
Histoire de l’atmosphère
Expérience de LAVOISIER (1770)
Expériences sur la pression atmosphérique
Le baromètre de Torricelli (1643)
L’air : un mélange de gaz (Chap1)
I. L’atmosphère
La Terre est entourée d’une couche d’air qui mesure quelques
kilomètres d’épaisseur et qui est de plus en plus ténue à
mesure que l’on s ’élève : c’est l’atmosphère.
Cette couche d’air est très fine par rapport au rayon de la
Terre.
L’atmosphère joue le rôle d’une serre. Elle permet de
conserver des températures favorables au développement de
la vie.
L’atmosphère est composée de différentes couches :
Entre 0 km et 10 km : la troposphère
On y observe tous les phénomènes météorologiques
Elle contient 90% de la masse de l’atmosphère.
La température décroît de 6°C tous les 1000 m pour
atteindre environ -60°C.
Entre 10 km et 50 km : la stratosphère
On y trouve la couche d’ozone qui est une protection
contre les rayons ultraviolets du Soleil. Sans cette couche
protectrice, la vie serait impossible sur Terre.
La température reste constante et égale à -60°C environ
de 10 à 25 km c’est-à-dire jusqu’à la couche d’ozone puis
augmente jusqu’à 0°C environ.
Entre 50 km et 500 km :
On trouve différentes couches qui correspondent à des
inversions de température (mésosphère, thermosphère)
O2 + rayons UVC → O + O + énergie
O + O2 → O 3
II. Composition de l’air
L’air qui nous entoure est composé de :
 78% de diazote (soit 4/5 de son volume)
 21% de dioxygène (soit 1/5 de son volume)
 1% d’autres gaz
dioxygène
diazote
Le volume d’un gaz est proportionnel au nombre de ses
particules ou molécules.
Il y a donc 4 fois plus de molécules de diazote que de
molécules de dioxygène.
Composition de l’air
Ainsi, en représentant les molécules d’oxygène en rouge et les
molécules d’azote en bleu, on a le modèle suivant pour l’air :
Les molécules qui composent l’air sont très éloignées les unes
des autres et sont séparées par du vide.
Elles sont en perpétuel mouvement. Elles se déplacent à grande
vitesse dans toutes les directions et s’entrechoquent.
III. Masse, volume et pression
1/ La masse
Comme toute matière, l’air a une masse. Il est beaucoup moins
dense qu’un liquide ou un solide.
Dans les conditions normales de température et de pression,
la masse de 1 L d’air est de 1,3 g.
Sa masse volumique est donc de 1,3 g/L.
Il est environ 1 000 fois plus léger que l’eau.
Expérience
Peser le ballon avant ( exemple=358 g)
Ôter 1,5 litres d’air
Peser le ballon après ( exemple=356 g)
La masse de 1,5 L d’air est donc de 2 g
2/ Volume et pression
L’air n’a pas de forme propre. Il est compressible (volume
diminue) et expansible (volume augmente).
Après déformation, il reprend son volume de départ : il est
élastique.
Les molécules de l’air comme tous les gaz se répartissent dans
la totalité du volume disponible.
AIR
AIR + GAZ
ROUGE
AIR + GAZ
ROUGE DILUE
AIR + GAZ
ROUGE DILUE
La pression d’un gaz contenu dans un récipient est due aux
chocs des particules contre les parois.
Si on diminue le volume, les molécules se rapprochent les unes
des autres, le nombre de chocs augmente et par conséquent la
pression augmente. 
La pression d’un gaz se mesure avec un manomètre et
s’exprime en hectopascal (hPa)
La pression atmosphérique se mesure avec un baromètre.
La pression atmosphérique normale est environ de 1 000 hPa.
Lorsque la pression atmosphérique est supérieure à 1 015 hPa,
on parle d’un anticyclone. (fortes pressions)
Lorsque la pression atmosphérique est inférieure à 1 015 hPa,
c’est une dépression (faibles pressions)
L’eau étant environ 1 000 fois plus lourde que l’air, la pression
à 10 mètres de profondeur dans une piscine est la même que la
pression atmosphérique car on a au dessus de la tête environ
10 000 m = 10 km d’air.
Autrement dit, à 10 mètres de profondeur, on double la
pression sur son corps.
1 m2
eau
air
10 m a même masse que
10 km
1 m2
V = 10 m3 a une masse de 10 tonnes = 10 000 kg
Pression à 10 m de profondeur = 10 t/1 m2
= 10 000 kg/10 000 cm2
= 1 kg/1 cm2
= 1 kg/cm2
La pression atmosphérique au sol est donc équivalente à 1
kg/cm2 soit 10 tonnes par mètre carré !
IV. Le dioxygène
1/ Transvasement du dioxygène
Au laboratoire, on recueille du dioxygène à partir d’une
bouteille d’oxygène liquide.
Dioxygène pur
Cristallisoir
Manodétendeur
Bouteille de
dioxygène comprimé
Eau
2/ Test de reconnaissance du dioxygène
Pour reconnaître le dioxygène il faut :
• Enflammer la bûchette (Prudence : cheveux longs)
• Souffler la flamme pour laisser un point incandescent
• Pencher le tube à essais contenant le gaz
• Ouvrir le tube à essais
• Introduire la bûchette.
Le dioxygène entretient les combustions et la respiration.
Le cycle biologique maintient la composition de l’air et il faut
lutter contre la pollution pour préserver sa pureté.
Buchette
Dioxygène pur
Point
incandescent
On produit un point incandescent
Point
incandescent
Le point incandescent s’enflamme
Flamme
3/ Préparation du dioxygène par réaction chimique
Eau
oxygénée
Dioxygène
Solution de
KMnO4
On produit du dioxygène en faible quantité à partir d’une
réaction chimique : on fait agir de l’eau oxygénée sur une
solution de permanganate de potassium.
4/ La synthèse chlorophyllienne
La photosynthèse se produit à l’intérieur des cellules
végétales, en particulier des feuilles des plantes vertes.
Le dioxyde de carbone de l’atmosphère et l’eau sont
transformés en sucres et en dioxygène.
Les sucres sont stockés par la plante dans les cellules tandis
que le dioxygène est rejeté dans l’atmosphère.
C’est la lumière du Soleil qui fournit l’énergie nécessaire à
cette transformation. Elle est captée par un pigment vert
contenu dans les cellules végétales : la chlorophylle.
Dioxyde de carbone + eau
Lumière
Chlorophylle
Sucres + dioxygène
V. La pollution atmosphérique 
Les activités humaines sont à l’origine du dégagement de
nombreuses substances.
Ces substances sont en grande partie responsables de la
pollution atmosphérique.
Les sources de pollution sont :
• Les poussières et métaux lourds.
L’amiante, le plomb, le mercure, l’arsenic sont toxiques, voire
cancérigènes.
• Les oxydes d’azote et les hydrocarbures.
Les principaux émetteurs de ces gaz sont les grandes
installations de combustion et surtout les véhicules
automobiles.
Ces gaz s’accumulent au-dessus des grandes villes, et en
présence de rayons solaires, forment l’ozone, qui est un gaz
irritant, et d’autres gaz oxydants. On appelle cela le « smog ».
L’ozone formé par les hommes (ozone troposphérique ou
mauvais ozone) ne peut pas combler le trou de la couche
d’ozone situé en altitude car ce gaz est trop dense pour
s’élever dans la stratosphère. 
• Le dioxyde de soufre.
Les plus gros émetteurs sont les centrales thermiques, les
raffineries, les grandes installations de combustion utilisant
les combustibles fossiles soufrés (charbon, fuel, gazole)
Le dioxyde de soufre est un gaz incolore et suffocant à
l’origine de pluies acides. 
• Les gaz à effet de serre.
Le dioxyde de carbone et le méthane emprisonnent la chaleur
émise par le Soleil et favorisent l’augmentation de
température de la Terre. 
• Les chlorofluorocarbones (CFC)
Utilisés comme aérosols, comme fluide calorifique dans les
réfrigérateurs et les congélateurs, ces composés chimiques
détruisent la couche d’ozone située entre 15 et 25 km
d’altitude. 