Chapitre 5 : Les atomes pour comprendre les transformations

Chapitre 5 :
Les atomes pour comprendre les transformations chimiques
I) Quelle est la structure de la matière ?
1) Les limites du modèle de la molécule :
Lors de la combustion du carbone dans le dioxygène, les réactifs carbone et dioxygène, sont
consommés tandis qu’un produit apparaît, le dioxyde de carbone.
Le Bilan de la transformation est :
Carbone + dioxygène
dioxyde de carbone
La notion de molécule ne permet pas d’expliquer la formation des produits à partir des réactifs
consommés. Un autre modèle est donc nécessaire pour comprendre les transformations chimiques.
2) Les atomes :
Dés 420 avant JC, des savants Grecques pensent que la matière est formée de particules infiniment
petites qu’ils appellent « atomes » (du grec atomos qui veut dire « qu’on ne peut diviser ») mais
qu’ils confondaient sans doute avec les molécules. (voir chapitre molécules)
En 1811, les travaux du chimiste Avogadro permettent enfin de faire la distinction entre atomes et
molécules :
A retenir :
Les molécules sont elles mêmes constituées de particules beaucoup plus petites, qui sont les
atomes.
Chaque atome est représenté par un symbole chimique et on peut les modéliser par une sphère de
couleur et de taille qui dépend de l’atome (l’atome le plus petit étant l’atome d’hydrogène).
Il existe dans la nature plus d’une centaine d’atomes.
Exemples à connaître:
Atome
Symbole
Carbone
C
Hydrogène
H
Oxygène
O
Azote
N
Modèle
3) Les molécules :
A retenir :
Une molécule est un assemblage d’atomes. Chaque molécule est représentée par une formule
chimique.
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Exemple : La molécule de dioxyde de carbone a pour formule :
CO2
Signifie que la molécules de CO2 contient
deux atomes de d’oxygène (la lettre O
désignant un atome d’oxygène et le chiffre 2
en indice qu’il y en a 2 dans la molécule)
Signifie que la molécule de CO2
est composée d’un atome de
carbone (la lettre C désignant le
symbole de l’atome de carbone)
Attention à ne pas écrire CO2
Exercice d’application :
Indiquer le nombre et la nature des atomes qui composent les molécules suivantes :
- l’eau : H2O
2 atomes d’hydrogène + 2 atomes d’oxygène
- le méthane CH4
4 atomes d’hydrogène + 1 atome de carbone
- le butane C4H10
10 atomes d’hydrogène + 4 atomes de carbone
1 atome de carbone et 1 atome d’oxygène
- le monoxyde de carbone CO
- le dioxygène O2
2 atomes d’oxygène
- le diazote N2
2 atomes d’azote
- le dioxyde d’azote NO2
1 atome d’azote + 2 atomes d’oxygène
Molécules à connaître :
Molécules
Dioxygène
Formule
chimique
O2
Eau
H2O
Dioxyde de carbone
CO2
Méthane
CH4
Butane
Modèle moléculaire
C4H10
2
II) Comment interpréter une transformation chimique ?
1) Interprétation de la combustion du carbone dans le dioxygène :
Transformation chimique
Bilan de la transformation
Formules des espèces chimiques
Quels sont les réactifs ?
Carbone et dioxygène
Carbone
+
dioxygène
Quels sont les produits ?
Dioxyde de carbone
dioxyde de carbone
C
O2
CO2
1 atome de
carbone
2 atomes
d’oxygène
1 atome de carbone
2 atomes d’oxygène
Modèles des espèces chimiques
Nombre et nature des atomes
Equation bilan de la réaction chimique
Explication de l’équation bilan de la
réaction chimique
C
+
O2
CO2
Un atome de carbone réagit (signe « + ») avec une molécule de
dioxygène pour donner (signe
) une molécule de dioxyde de
carbone.
On retrouve bien les mêmes atomes, en même nombre, avant et après la
réaction. On dit que l’équation est équilibrée.
2) L’interprétation de la combustion du méthane :
Transformation chimique
Bilan de la transformation
Formules des espèces chimiques
Quels sont les réactifs ?
Méthane et dioxygène
Méthane
CH4
+
dioxygène
O2
Quels sont les produits ?
Dioxyde de carbone et eau
dioxyde de carbone + eau
CO2
H2O
Modèles des espèces chimiques
Quel est le problème ? Quel est le principe de Lavoisier ?
On constate que si on considère qu’une seule molécule de chaque réactif, il n’y a pas conservation du
nombre des atomes de chaque espèce. L’équation bilan de la réaction chimique n’est pas équilibrée,
elle ne respecte pas le principe de Lavoisier (« rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »)
Que peut-on faire pour résoudre le problème ?
Il faut placer des coefficients multiplicatifs devant les molécules afin d’équilibrer l’équation bilan de
la réaction.
Le rôle des coefficients s’interprète de la façon suivante :
- pour retrouver les 4 atomes d’hydrogène de la molécule de méthane, il faut former deux
molécules d’eau.
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-
2 molécules de dioxygène (soit 4 atomes d’oxygène) sont alors nécessaires pour obtenir les
produits.
Représentation de la réaction à
l’aide des modèles moléculaires
Nombre et nature des atomes
Equation bilan de la réaction
chimique
Traduction
1 atome de carbone
4 atomes d’hydrogène
CH4
+
4 atomes
d’oxygène
2 O2
1 atome de carbone
2 atomes d’oxygène
CO2
+
4 atomes d’hydrogène
2 atomes d’oxygène
2 H2O
Une molécule de méthane réagit (+) avec deux molécules de dioxygène pour
donner ( ) une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau.
L’équation est équilibrée.
Voir fiche méthode pour équilibrer les équations
Exercice :
Ecrire l’équation bilan de la réaction de combustion du butane dans le dioxygène.
C4H10 + O2
CO2 + H2O
A retenir :
Au cours d’une transformation chimique, les atomes présents dans les
réactifs ne disparaissent pas mais s’associent différemment pour donner
les produits.
Une transformation chimique conserve le nombre et la nature des atomes
dans les réactifs et dans les produits.
III) La masse varie t-elle au cours d’une transformation chimique ?
Expérience :
A l’aide d’une balance on mesure la masse d’une bouteille hermétiquement fermée contenant de
l’acide chlorhydrique et un morceau de craie calé dans son goulot.
On mesure la masse : m1 =
g
On redresse ensuite la bouteille afin de mettre en contact l’acide chlorhydrique et la craie. On mesure
ensuite la masse à la fin de la réaction : m2 =
g
Schéma :
Bouteille
Morceau de craie
Acide chlorhydrique
balance
Observations et résultats :
On observe un fort dégagement gazeux. Le morceau de craie disparaît.
La masse ne varie pas au cours de la manipulation.
Interprétation :
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La disparition du morceau de craie et le dégagement gazeux montre qu’il y a eu une transformation
chimique entre l’acide chlorhydrique et la craie.
Au cours de cette transformation la masse n’a pas variée.
Conclusion :
Il y a conservation de la masse au cours d’une réaction chimique.
A retenir :
Au cours d’une transformation chimique, il y a conservation de la masse.
En effet, la masse des réactifs disparus est égale à la masse des produits
formés.
C’est ce que l’on appelle la loi de conservation de la masse lors d’une
transformation chimique.
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