Présentation PowerPoint - Description de l`univers : la vision du

Description de l’univers
La vision du chimiste
1
Objet de la chimie
Se représenter le monde d’une certaine
manière (propre au chimiste) afin de :
• comprendre
• prédire
• fabriquer
2
Comprendre quoi ?
• Comprendre de quoi sont constituer les
objets qui nous entoure
• Comprendre les événements qui arrivent à
ces objets
• Comprendre les propriétés des objets
(couleur, densité) et des événements
(rapidité d’une transformation - explosion)
3
Comprendre comment ?
Comprendre avec des MODELES
• modèle = représentation mentale
• modèle pour utiliser des théories
Comprendre en classant
• classer = faire des catégories
• classer pour généraliser
4
Exemples de catégorisations
Exemple d’une chaise
• Concept de chaise
Propriétés des objets
• conduit (ou pas) l’électricité
• absorbe (ou pas) la lumière
• gaz, liquide ou solide
5
Niveau microscopique
• Le chimiste se place à une échelle non
perceptible pour interpréter, décrire...
• L ’échelle des molécules et des atomes
6
De l’homme à l’atome
106 m ou
1000 km
7
On s’approche
103 m ou
1 km
8
On s’approche encore
1m
9
On s’approche toujours
10-3 m ou
1 mm
10
On s ’approche toujours
10-6 m ou
0,001 mm
11
Terme du voyage
atomes
10-9 m ou
0,000001 mm
molécule
12
Intérêt de la notion de molécule
• Prenons un verre d’eau
• Une goutte d’eau
• Une microgoutte d’eau
Une « partie » d’eau, c’est toujours de l’eau
La molécule d’eau est le stade ultime au delà
duquel une partie n’est plus de l’eau.
13
Espèce chimique
• Le monde qui nous entoure est constitué
d'espèces chimiques. Elles sont toujours
sous formes de mélanges.
• Les produits presque purs (P.P.P.) utilisés
par les chimistes contiennent
essentiellement une seule E.C.
ex : l’eau, l’alcool, le soufre
contre exemple : l’air, le bois, un mur
14
Comment répondre à la question :
est-ce un PPP ?
• On ne peut pas a priori savoir si un
« produit » est un PPP.
• Un échantillon n’est jamais une espèce
chimique. Les corps purs n’existent pas.
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Combien connaît-on
d ’espèces chimiques ?
• Quelques millions
• On connaît quelques millions de molécules
différentes
• Il y a autant d’espèces chimiques
différentes.
16
L ’atome
atomes
liaisons chimiques
Les molécules sont
constituées d ’atomes
Les atomes sont reliés,
au sein des molécules,
par des liaisons
chimiques
17
Autre représentation d ’un atome
« Vu » de l ’extérieur, un
atome est un nuage
électronique
18
Structure de
l ’atome
Grossi 100 000 fois
L ’atome est constitué
d ’un noyau entouré
d ’électrons
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Nom d’un atome
Exemples : atome de fer, atome d’hydrogène
atome de cuivre …
Contre exemple : pas d’atome de plastique,
pas d’atome d ’air…
Les noms atomes sont répertoriés dans la
classification de Mendéléleiv
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Qui donne les noms aux atomes
• Éléments connus depuis l’antiquité (fer, or,
argent, mercure, cuivre, carbone, soufre)
• Éléments découverts (uranium, vanadium,
gallium...)
• Éléments fabriqués par les physiciens
(californium…)
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Les ions
• Un atome peut gagner ou perdre des
électrons. Il devient un ion.
• S ’il gagne des électrons c ’est un anion (-)
• S ’il perd des électrons, c ’est un cation (+)
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Atomes et ions
ion lithium
Atome de lithium
+ + +
-
-
-
+ + +
Masse presque identique
Charge différente
-
-
23
Exemple du cation sodium
• Atome de sodium : Na :
– Un noyau chargé 11 +
– 11 électrons : charge des électrons 11 -
• Cation sodium : Na+ :
– Un noyau chargé 11 +
– 10 électrons : charge des électrons 10 -
Charge de
l ’atome :
0
Charge de ce
cation :
1+
24
Exemple d ’un anion
• Atome d ’oxygène : O
– Un noyau chargé 8 +
– 8 électrons : charge des électrons 8 -
• Anion oxyde : O2– Un noyau chargé 8 +
– 10 électrons : charge des électrons 10 -
Charge de
l ’atome :
0
Charge de
cet anion :
2-
25
Electroneutralité
• La matière est électriquement neutre
• Au sein d ’une espèce chimique ionique, il y
a autant de charges (+) apportées par les
cations que de charges (-) apportées par les
anions.
• Ex : NaCl, CaCl2, NH4NO3,...
26
Combien connaît-on
d ’atomes différents ?
• Une centaine
• ex : Hydrogène,
oxygène, fer, soufre…
• Les galaxies sont
constituées des atomes
connus sur Terre.
27
Comment connaît-on
les atomes des galaxies ?
• Sur Terre, un atome
chauffé émet une
lumière qui lui est
caractéristique.
• C ’est la même
lumière qui nous
parvient des galaxies.
28
Constitution de l ’univers
• L ’univers est
constitué d ’atomes.
• Il y a une centaine de
types d ’atomes
différents.
• Abondance dans
l ’univers :
–
–
–
–
–
–
–
–
H
He
O
Ne
N
C
Si
...
92,7%
7,18
0,057%
0,022%
0,015
0,008%
0,0023
29
Symboles
• A chaque atome, un
symbole
• exemples
–
–
–
–
hydrogène
hélium
lithium
azote
H
He
Li
N
• A chaque molécule,
une combinaison de
symboles
• exemples
– eau
– alcool
H2O
C2H6O
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Quand atomes et espèces
chimiques ont un même symbole
• atomes
soufre
carbone
hélium
• espèces chimiques
S
C
He
soufre
carbone
hélium
S
C
He
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Vous êtes journalistes
• Vous venez d’apprendre qu’on a découvert un
nouvel élément chimique
• Vous devez écrire un article pour convaincre
vos lecteurs que c’est une découverte
importante
• Préparez cet article en faisant la liste des
idées à développer
• Faites aussi la liste des questions qu’il faudra
demander au découvreur
32
La matière inanimée
33
Proposer des exemples de noms
de matière inanimée :
• ...
• ...
34
Proposer des exemples de noms
de matière inanimée :
•
•
•
•
•
•
•
Tungstène
règle plastique
téléphone
bureau
verre
pierre
fer
•
•
•
•
•
•
•
Tissu
puce électronique
sac à main
circuit imprimé
cure dents
râteau
boite de petits pois
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Classement de la matière
• Organique : constituée essentiellement
des atomes C et H
• Inorganique (ou minérale) : le reste.
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La matière
organique
La matière organique brûle en
produisant essentiellement de
l’eau H2O et du dioxyde de
carbone CO2.
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La matière inorganique
• Peut brûler (soufre, fer) mais ne donne ni
eau ni dioxyde de carbone
• Est rarement combustible (sable, calcaire…)
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Autre classement
des espèces chimiques
• Naturelle (se trouve dans la nature)
– silice (sable) SiO2
– carbonate de calcium (calcaire) CaCO3
• Synthétique (est préparée par les chimistes)
– Aluminium Al
– Polyéthylène
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Espèces chimiques ioniques
• Ions (rappel : entités chargées)
• Une espèce chimique ionique est constituée
d ’anions et de cations
• Exemple
– le sel de cuisine NaCl, (Na+ et Cl-)
– le sable SiO2, (Si4+ et 2 O2-)
– tous les minéraux
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Reconnaître si une espèce
chimique est ionique ou non
• Règles souffrant de nombreuses exceptions
• Nom composé : chlorure de sodium,
carbonate de calcium…
• Essai de dissolution dans l’eau pour les
produits de laboratoire
41
Exemple de minéral (béryl)
42
La matière animée
43
Constitution de la matière animée
• De molécules (donc d ’atomes, des mêmes
atomes que ceux des galaxies)
• D ’eau
• De matière organique
• Un peu de matière inorganique autre que l ’eau
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Matière organique constituant la
matière animée
• Petites molécules (moins 100 atomes)
– sucres
– acides aminés
– ...
• Macromolécules (> des milliers d ’atomes)
– protéines
– ADN
– ...
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L ’ADN
• Constituée d ’atomes
–
–
–
–
–
C
H
N
O
P
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Classement à l’école primaire
Vous êtes animateur à l’école primaire : vous
voulez montrer que l’on peut catégoriser la
matière qui nous entoure
1) choisir une liste d’objets et de matériaux
2) Choisir des critères de classement
3) Préparer l’activité (qui pourra faire
intervenir des expériences)
47
Aspect historique
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L ’atome
•
•
•
•
•
L ’atome antique
L ’atome de Dalton
L ’atome au XIXe siècle
Jean-Perrin
L ’atome quantique
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Élément chimique
•
•
•
•
•
•
La théorie des 4 éléments
Le phlogistique
Les travaux de Lavoisier
La loi de conservation
L’enseignement de la chimie
Le classement des éléments chimiques
50
La classification périodique
• Nombre d ’éléments chimiques connus par
Lavoisier (33)
• Nombre d ’éléments chimiques connus en
1869 (66)
• Combien y a -t-il d ’éléments chimiques ?
• La classification périodique
• Intérêt de la classification de Mendéléiev
51