Modèle Moléculaire : Fiche de Synthèse sur la Matière

S2-27 MATIÈRE
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FICHE DE
SYNTHÈSE
2 MODÈLE MOLÉCULAIRE
Qu’est-ce que la matière ?
La masse : une propriété pour dénir la matière
En physique, on convient de dire que toute chose qui pèse est de la matière.
On appelle masse le résultat d’une pesée. Elle se mesure en grammes et ses
multiples.
La masse est une grandeur pertinente qui peut être associée à une quantité de
matière. Elle est, en effet, liée aux éléments qui composent tout échantillon de
matière : les atomes. Contrairement au volume (espace occupé par la matière), elle
est indépendante des transformations que subit la matière (tassement du sable,
congélation de l’eau, etc.).
L’air est-il de la matière ?
Certes, l’air est invisible, mais il pèse : 1 litre d’air pris dans la classe pèse environ 1,3 g.
L’air contient des gaz dont la quantité est constante et d’autres substances, comme
la vapeur d’eau, qui varient en fonction des conditions atmosphériques.
L’air atmosphérique sec est un mélange dont la composition
volumique est proche de :
Gaz azote 78 % soit environ 80%
Gaz oxygène 21 % soit environ 20%
Autres gaz env. 1 %
Autres gaz: argon, hélium, néon, krypton, hydrogène, méthane,
ozone, ...
Le gaz carbonique (CO2) ne représente que 0,033%.
L’air contient des particules nes (pollens, pollution due aux gaz d’échappement,
etc.) en quantité variable. Leur inuence sur les êtres vivants peut être importante,
mais leur proportion dans l’air atmosphérique reste faible.
Toujours plus ou moins humide, l’air contient, en supplément, de la vapeur d’eau
jusqu’à quelques pourcents selon les conditions météorologiques.
Gaz
azote 78%
Gaz oxygène
21%

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Pour aller plus loin...
L’EAU ET L’AIR
Pour une température donnée, il existe une quantité maximale d’eau pouvant
être présente dans l’air sous forme gazeuse. Plus l’air est chaud, plus la quantité
d’eau que l’air peut contenir est importante ; elle atteint 2% à 20°C (voir graphique
ci-dessous).
Lorsque cette quantité est atteinte, on dit qu’il y a saturation.
Un hygromètre (appareil de mesure de l’eau contenue
dans l’air) indique alors 100%.
On considère que pour que l’air soit agréable dans une
maison, l’humidité devrait être comprise entre 40 et 60%.
Si on ajoute de l’eau à de l’air contenant 100% d’humidité,
l’eau se condense : elle passe de l’état gazeux à l’état
liquide. Des gouttelettes d’eau se forment : il y a formation de
brouillard ou il pleut.
Le même phénomène se produit si l’air se refroidit. C’est ce qui se passe lors de
la formation de buée sur une vitre froide : l’air se refroidissant à son contact, la
saturation est atteinte et une partie de la vapeur d’eau devient liquide.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25
Quantitié de vapeur d'eau par kilogramme d'air (en gramme)
Température (en °C)
Quantité d'eau à saturation dans l'air
en fonction de la température

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Dénition. Dans ce qui suit, nous allons utiliser
le mot « substance » pour désigner toute matière
homogène identiée par des propriétés physiques
ou chimiques (dureté, solubilité dans l’eau, etc.) ;
par exemple, l’eau, l’air, le cuivre, le lait, le laiton,
le vin, l’aspirine, etc.
Une substance constituée d’une seule catégorie
de molécules (on parle alors d’espèce chimique)
est dite PURE ; par exemple, l’eau, le fer, le cuivre,
etc. Une substance constituée de plusieurs caté-
gories de molécules est appelée mélange (air, vin,
eau de mer, lait, sirop, etc.). Un mélange contient
donc plusieurs espèces chimiques.
Modèle moléculaire
Qu’est-ce qu’un modèle ?
Un modèle décrit de manière simplifiée le fonctionnement d’une réalité.
Du fait de la simplification, le modèle ne prend pas en compte tous les aspects de la réalité, il a donc un domaine de validité.
Il peut être amené à évoluer à la lumière de nouvelles observations.
Un modèle comporte trois qualités :
• il permet de décrire certaines propriétés ou certains comportements de la réalité qu’il représente ;
• il permet d’expliquer en mettant en relation diverses observations et mesures de manière à permettre une
interprétation de la réalité qu’il représente ;
• il permet, dans la plupart des cas, de prévoir des évènements nouveaux qui pourront ensuite être observés.
L’action de « modéliser » peut intervenir à n’importe quelle étape de la démarche scientifique.
Toute substance est faite de molécules.
On modélise une substance par des
molécules qui sont des très petits grains
de matière. L’ordre de grandeur de la taille
d’une molécule est le dixième de nanomètre
ce qui fait, par exemple, qu’une goutte d’eau
contient environ cent milliards de milliards
de molécules.
Une molécule ne se déforme pas (par
exemple, elle ne s’aplatit pas) et son volume
ne change pas (une molécule ne s’agrandit
pas ou ne rapetisse pas).
Chaque molécule a une masse, et cette
masse ne change pas. La masse d’un échantillon de matière est égale à la somme
des masses des molécules qui constituent l’échantillon. Dans un gramme de matière,
il y a des milliers de milliards de milliards de molécules.
Dans ce modèle, le schéma représentant une substance est le suivant :
• un rectangle délimite un volume microscopique de l’espace. Deux rectangles de
même taille délimitent donc le même volume ;
• à l’intérieur du rectangle sont dessinés des cercles représentant les molécules ;
• pour les mélanges, les différentes espèces sont représentées par des cercles de
différentes couleurs, par exemple.
Remarque. Dans tous les cas, l’espace entre les molécules ne contient rien, c’est le
vide.
Représentation à l’échelle moléculaire d’un échantillon d’air ambiant
en se limitant aux deux espèces les plus abondantes (en gris la
molécule du gaz oxygène, en blanc les molécules du gaz azote)

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Les trois états de la matière se caractérisent par des molécules :
plus ou moins rapprochées ;
plus ou moins liées ;
plus ou moins agitées.
Solide
Dans le modèle moléculaire, on représente une substance à l’état solide par
des molécules :
• très rapprochées les unes des autres ;
• fortement liées entre elles ;
• géométriquement ordonnées qui vibrent (oscillent)
en tous sens autour d’une position centrale.
Liquide
Dans le modèle moléculaire, on représente une substance à l’état liquide par
des molécules :
• très rapprochées les unes des autres ;
• faiblement liées les unes aux autres ;
• qui vibrent et se déplacent de manière désordonnée
en glissant et en rebondissant les unes sur les autres.
Gaz
Dans le modèle moléculaire, on représente une substance à l’état gazeux
par des molécules :
• très espacées ;
• non liées les unes aux autres (libres) ;
• qui se déplacent en tous sens et qui rebondissent
les unes sur les autres selon des mouvements
désordonnés.

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Compressibilite de la matière
Rappel
Dans le modèle moléculaire, une molécule ne se déforme pas (elle ne s’aplatit donc
pas) et garde le même volume (elle ne grandit pas ou ne rapetisse donc pas).
Compressibilité des solides
L’expérience quotidienne montre qu’il n’est pas possible de comprimer un
solide.
à l’échelle humaine
Il n’est pas possible de diminuer le volume du solide par compression, on en
déduit que les solides sont incompressibles.
modélisation à l’échelle des molécules
L’incompressibilité des solides s’explique en représentant les solides par
des molécules très rapprochées.
Modélisation à l’échelle
moléculaire d’une
substance solide
Modélisation à l’échelle
moléculaire d’une substance
solide compressée