Physique-Chimie 3º ESO Les lois des gaz Au XVIIIème siècle

Physique-Chimie
3º ESO
Les lois des gaz
Au XVIIIème siècle, plusieurs scientifiques ont étudié le comportement
des gaz en analysant la pression, le volume et la température. Le résultat de
ces expériences est la production des lois des gaz.
1) Loi de Boyle-Mariotte
Durant le XVIIème siècle, Robert Boyle (1627-1691) en Angleterre et Edmé
Mariotte (1620-1684) en France, étudient les variations qu’expérimente la
pression d’un gaz quand on modifie le volume tout en maintenant la
température constante.
Ils observent que pour une quantité donnée d'un gaz à température
constante, le volume occupé par ce gaz est inversement proportionnel à sa
pression. Si c'est le cas alors le produit PV = constante. On peut donc écrire
P V = P' V'
Si on connaît la pression et le volume occupé par un gaz, on peut calculer la
pression ou le volume si l'autre paramètre est changé.
Expérience :
Lorsque l'on applique une pression à un échantillon de gaz maintenu à
température constante, son volume diminue. Si on double la pression, le
volume de gaz est réduit de moitié.
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La loi de Boyle, V en fonction de 1/P, suggère que la courbe donnant le
volume d'un gaz réel en fonction de l'inverse de sa pression devrait être
une droite. L'extrapolation à 1/P = 0 (P infinie) donne un volume nul ce qui
n'est pas réaliste.
Loi de Boyle-Mariotte : quand un gaz expérimente des transformations à
température constante, le produit de la pression multiplié par le volume
reste constant.
PV = constante ou P1V1=P2V2
La théorie cinétique explique la loi de Boyle-Mariotte
Dans la loi de Boyle-Mariotte, la température est maintenue constante. En
accord avec la théorie cinétique, si le gaz se maintient à la même
température durant tout le processus, c’est parce que les particules se
déplacent à la même vitesse.
Si je réduis le volume, j’augmente la pression. En revanche, si j’augmente le
volume, comme les particules se déplacent à la même vitesse, elles mettent
plus de temps à toucher les parois du récipient et la pression exercée par le
gaz est plus faible.
2) La loi de Gay-Lussac
Au début du XIXème siècle, le chimiste français Joseph-Louis Gay-Lussac
(1778-1850) étudie les variations qu’expérimente la pression d’un gaz quand
sa température se modifie tout en gardant constant le volume du récipient.
Quand la température (exprimée en kelvin) s’élève, la pression augmente ;
et quand la température diminue, la pression diminue également.
Les variables P et T sont directement proportionnelles.
Expérience :
Lorsqu’on chauffe le gaz, la température s’élève et la vitesse des particules
augmente ; celles-ci touchent donc plus rapidement les parois du récipient.
Comme le volume ne change pas et le nombre de chocs contre la paroi du
récipient augmente, la pression augmente.
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Loi de Gay-Lussac : quand un gaz expérimente des transformations à
volume constant, le quotient de la pression et de sa température absolue
reste constant.
V1 / T1 = V2 / T2
La théorie cinétique explique la loi de Gay-Lussac
En accord avec la théorie cinétique, si la température d’un gaz augmente,
c’est parce que les particules se déplacent plus rapidement ; c’est-à-dire
que la vitesse à laquelle elles se déplacent augmente.
- Quand la vitesse des particules augmente et que le volume du récipient
reste constant, les particules du gaz touchent les parois du récipient avant,
le nombre de chocs contre les parois augmente et, par conséquence, la
pression augmente.
- Si le récipient se refroidit, les particules du gaz se déplacent plus
lentement, mettent plus de temps à toucher les parois du récipient et la
pression diminue.
3) La loi de Charles
À la même époque que Gay-Lussac, un autre scientifique français, Jacques
Alexandre Charles (1746-1823) analyse les variations qu’expérimente le
volume d’un gaz quand on varie la température et que l’on maintient
constante la pression.
En maintenant la pression constante, le volume et la température sont des
magnitudes directement proportionnelles.
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Expérience :
Lorsqu'un gaz est chauffé à pression constante, il se dilate. Si on double sa
température sur l'échelle Kelvin, son volume est multiplié par deux.
Le volume d'un gaz dans un récipient à piston mobile monte linéairement
avec la température. La droite extrapolée à V = 0 coupe l'axe des abscisses
à T = 0 K(- 273,13 °C).
Loi de Charles et de Gay-Lussac : quand un gaz expérimente des
transformations à pression constante, le quotient du volume et de sa
température absolue est constant.
T1 / V1 = T2 / V2
La théorie cinétique explique la loi de Charles
En accord avec la théorie cinétique, si la vitesse de déplacement des
particules augmente, la température d’un gaz augmente également.
- Si la pression d’un gaz reste constante quand la température augmente, le
volume du récipient doit aussi augmenter. Ainsi, le rythme des chocs des
particules contre les parois du récipient reste constant.
- Quand la température diminue, le volume doit diminuer mais la pression
doit rester constante. Les particules se déplacent plus lentement de sorte
que, en réduisant le volume, le nombre de chocs par seconde reste constant.