Histoire des sciences_molecule

Activité 1 : Les quatre éléments.
 Texte sur l’histoire des sciences :
La théorie des quatre éléments.
Depuis toujours, les hommes se sont interrogés sur les phénomènes naturels,
cherchant des explications en essayant de « comprendre » la matière. Par exemple,
comment expliquer que l’eau des fleuves se renouvelle sans cesse ? Que peut-il se
passer lorsqu’un morceau de bois brûle ? Comment une plante pousse-t-elle ?
Quatre siècles avant J.-C., le philosophe grec Aristote (mais aussi Empédocle
et Platon) avance la « théorie des quatre éléments » qui permet alors d’interpréter
nombre de phénomènes observables : toute matière est composée d’un mélange de
quatre « éléments » : l’eau, la terre, l’air et le feu. Le mot « élément » signifie alors
« substance élémentaire que l’on ne peut décomposer en d’autres substances ».
Cette théorie élémentale sera enseignée jusqu’au début du 18e siècle et complétée
par les alchimistes.
Voici un exemple souvent utilisé pour expliquer la raison pour laquelle cette théorie a perduré pendant
22 siècles :
Si de l’eau contenue dans un récipient est positionnée au-dessus d’une flamme (« feu »), n’y voit-on
pas de la vapeur (« air ») s’élever ? Et après que toute l’eau s’est vaporisée, ne reste-t-il pas des dépôts
solides des résidus (« terre ») qui y étaient dissous ? Ainsi, selon la théorie élémentale d’Aristote, l’eau des
fleuves, rivière et mer est composée d’une certaine proportion des éléments « eau », « air » et « terre ».
 Questions :
1. Quels éléments prélève la plante dans le sol pour se nourrir ?
2. Grace à quel élément la respiration diurne (photosynthèse) de la plante peut-elle s’effectuer ?
3. Pour vivre, la plante utilise aussi un élément de plus, lequel ?
4. Conclure en précisant la composition élémentale des plantes d’après Aristote.
Feu
Eau
Air
Terre
Chaud
Humide
Sec
Froid
Aristote
(384-322 avant J.-C.)

Activité 2 : L’analyse de l’air par Lavoisier.
 Texte sur l’histoire des sciences :
L’analyse de l’air par Lavoisier (1777).
À la fin du 18e siècle, Antoine Laurent de Lavoisier, chimiste français, répéta les expériences d’un autre
chimiste anglais de son époque, Joseph Priestley qui venait de découvrir un gaz indispensable à la
combustion.
Voici comment Lavoisier relate une expérience d’analyse de l’air qu’il
réalise en 1774 (version adaptée) :
« J’ai pris une cornue (récipient) dont le col était très long. Je l’ai recourbé
de manière qu’il pût être placé dans un fourneau tandis que l’extrémité de
son col irait s’engager sous la cloche, placée dans un bain de liquide. J’ai
introduit dans cette cornue du mercure très pur. J’ai allumé du feu dans le
fourneau et je l’ai entretenu pendant 12 jours, de manière que le mercure fût
échauffé presqu’au degré nécessaire pour le faire bouillir ... . Le second
jour, j’ai commencé à voir surnager de petites parcelles rouges, qui pendant
quatre ou cinq jours ont augmenté en nombre. Au bout de douze jours,
voyant que la calcination du mercure ne faisait plus aucun progrès, j’ai
éteint le feu et j’ai laissé refroidir »
Avant l’opération, le volume de l’air contenu dans la cornue et sous la cloche était de 50 pouces
cubiques (unité de volume de l’époque). Lavoisier note qu’après l’opération, il ne reste plus que 41 à 42
pouces cubiques dans l’enceinte.
Lavoisier soumet ensuite l’ « air » restant sous la cornue à plusieurs tests : l’eau de chaux ne se trouble
pas en sa présence, une bougie allumée placée sous la cloche s’éteint et des animaux respirant l’air enfermé
sous la cloche meurent.
Il en conclut que le mercure en se calcinant « absorbe la partie respirable de l’air » et appelle
« mofette » la partie de l’air restant.
D’après : Les cahiers hors série de Sciences & Vie, « Lavoisier »
 Questions :
1. Que fait chauffer Lavoisier ? Pendant
combien de temps ?
2. Que voit-il apparaître petit à petit dans
la cornue ?
3. Que fait le niveau de liquide dans la
cloche ?
4. Que se passe-t-il si un animal se trouve dans la partie de l’air restant sous la cloche à la fin de
l’expérience ?
5. Calculer les proportions de « mofette » et « d’air respirable » constituant l’air initial d’après
l’expérience décrite.
6. Comment cette expérience permet-elle à Lavoisier de contester la théorie des quatre éléments ?
Antoine Laurent de
Lavoisier (1743-1794)
cornue
liquide
Dispositif de l’expérience de Lavoisier :
mercure

Activité 3 : Composition de l’atmosphère.
La composition de l’atmosphère de la Terre.
Le mélange des gaz présents dans l’air de l’actuelle atmosphère terrestre est le résultat d’une évolution
de 4,5 milliards d’années environ. On suppose que l’atmosphère la plus ancienne était constituée
uniquement d’émanations volcaniques. Or, les gaz dégagés par les actuelles éruptions volcaniques sont
essentiellement un mélange de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre et de dioxyde
d’azote ; la proportion de dioxygène y est infime. Lorsqu’elle s’est refroidie, une grande partie de la vapeur
d’eau s’est liquéfiée pour former les premiers océans. Plus tard, lorsque les premières formes de vie
recourant à la photosynthèse se sont développées dans les océans, de nouveaux organismes marins ont
commencé à produire du dioxygène. La quasi-totalité du dioxygène présent dans l’air aujourd’hui est
supposée avoir été formée par combinaison photosynthétique du dioxyde de carbone et de l’eau. Il y a
570 millions d’années environ, le volume de dioxygène contenu dans l’atmosphère et dans les océans a
atteint un niveau suffisant pour permettre le développement d’organismes marins capables de respirer. Plus
tard, environ 400 millions d’années avant notre ère, l’atmosphère renfermait suffisamment de dioxygène
pour permettre l’évolution d’animaux terrestres aérobies.
En 1947, des analyses très précises de la composition actuelle de l’air ont indiqué que l’air est constitué
de 78,1 % de diazote, 20,9 % de dioxygène et d’autres gaz comme l’argon, la vapeur d'eau, le dioxyde de
carbone, l'ozone, le méthane …
Questions :
1. Quel nom avait donné initialement Lavoisier au diazote ?
En 1789, Lavoisier a renommé ce gaz « azote » d’après le grec a : sans et zôe : vie. Expliquer
pourquoi.
2. Comparer les proportions de dioxygène et de diazote trouvées par les analyses actuelles avec celles
trouvées par Lavoisier. Donner une explication.
3. Citer quatre gaz présents en plus petite quantité dans l’air.
4. Comment se nomme le phénomène naturel et biologique qui permet de renouveler le dioxygène que
les mammifères consomment ?
5. Compléter le tableau ci-dessous avec le nom des gaz présents dans l’air et leur pourcentage.
Tracer ensuite le diagramme circulaire représentant la composition de l’air, en calculant l’angle
correspondant à chaque gaz (proportionnalité).
Gaz
Pourcentage
Angle correspondant
(arrondir à un nombre entier)
Noms des deux gaz
majoritaires
Autres gaz
Total
100
360°
Diagramme circulaire :