Atomes et molécules : la matière à l’échelle microscopique
Le modèle particulaire des solides, des liquides et des gaz ; atomes et symboles ; molécules, modèles et formules (indice, coefficient) ; les changements d’état, les mélanges et la dissolution expliqués avec les particules
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés : l’étiquette d’une eau gazeuse, trois flacons de gaz du laboratoire, le nombre d’atomes alignés sur un grain de poussière de diamant, l’éthanol chauffé puis refroidi dans une seringue bouchée et le décompte des atomes d’un mélange de méthane et de dioxygène.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je repère de quoi parle l’énoncé : un état, un changement d’état, un mélange, une formule.
Je passe à l’échelle des particules : quelles molécules ou quels atomes ? combien ? comment organisés ?
Pour compter : indice après chaque symbole (rien = 1), puis coefficient × indice.
Je me rappelle que les molécules ne changent pas pendant un changement d’état ou une dissolution : la masse se conserve.
Je réponds par une phrase, avec le vocabulaire du cours.
Problème 1 · L’étiquette d’une eau gazeuse★★★Facile
Hugo lit l’étiquette d’une bouteille d’eau gazeuse : « Ingrédients : eau, dioxyde de carbone ».
1. Formule de la molécule d’eau :
2 atomes d’hydrogène liés à 1 atome d’oxygène : H2O.
2. Formule de la molécule de dioxyde de carbone :
1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène : CO2.
3. Combien de sortes d’atomes différentes y a-t-il dans les molécules de cette eau gazeuse ?
Hydrogène, oxygène et carbone : 3 sortes. L’oxygène est présent dans les deux espèces chimiques.
4. On appuie fort sur la bouteille en plastique fermée : c’est surtout le gaz, au-dessus du liquide, qui se laisse .
Les molécules du gaz sont très éloignées : en appuyant, on réduit le vide entre elles. Celles de l’eau liquide sont presque au contact : le liquide ne se comprime presque pas.
Problème 2 · Trois flacons de gaz★★★Facile
Au laboratoire, le professeur présente trois flacons : A contient du dioxygène, B du diazote, C de la vapeur d’eau.
1. Combien de sortes d’atomes y a-t-il dans le flacon A ?
O2 ne contient que des atomes d’oxygène : 1 sorte.
2. Combien de sortes d’atomes y a-t-il dans le flacon C ?
H2O contient des atomes d’hydrogène et d’oxygène : 2 sortes.
3. Symbole de l’atome contenu dans le flacon B :
Le diazote N2 n’est fait que d’atomes d’azote, de symbole N. Erreur à éviter : écrire N2, qui est la formule de la molécule.
4. On réunit les gaz de A et de B dans un même flacon. Combien d’espèces chimiques contient-il ?
Molécules O2 et molécules N2 : deux sortes de particules, c’est un mélange de 2 espèces chimiques.
Problème 3 · Un grain de poussière de diamant★★★Moyen
Un diamant est fait d’atomes de carbone. Deux atomes voisins y sont distants d’environ 0,15 nm. Rappel : 1 mm = 1 000 000 nm. Un grain de poussière de diamant mesure 0,03 mm de côté.
1. Symbole des atomes du diamant :
Le diamant est fait d’atomes de carbone, de symbole C.
2. Côté du grain en nanomètres : nm
nm.
3. Nombre d’atomes alignés sur ce côté, espacés de 0,15 nm : environ
atomes, sur un seul côté d’un grain de poussière.
4. Sur un côté de 0,06 mm, deux fois plus long, on aligne environ atomes.
Deux fois plus long, deux fois plus d’atomes : .
Problème 4 · L’éthanol dans la seringue★★★Moyen
Le professeur verse un peu d’éthanol liquide (formule C2H6O ; il bout à 78 °C) dans une seringue, chasse l’air et bouche l’embout. Il plonge la seringue dans de l’eau à 90 °C : le liquide disparaît et le piston recule beaucoup. Il la sort et la laisse refroidir : le piston revient et des gouttes réapparaissent.
1. Dans l’eau à 90 °C, quel changement d’état l’éthanol subit-il ?
Liquide → gaz, au-dessus de 78 °C : vaporisation (ici une ébullition).
2. Quand le piston a reculé, les molécules du gaz enfermé ont pour formule .
Un changement d’état ne change pas les molécules : ce sont toujours des molécules C2H6O, très éloignées les unes des autres. C’est pourquoi le piston recule.
3. La seringue bouchée pesait 21,8 g avant d’être plongée. Quand le piston a reculé, elle pèse g.
La seringue est bouchée : les mêmes molécules, aussi nombreuses, sont toujours dedans. La masse se conserve, seul le volume a changé.
4. En refroidissant, des gouttes réapparaissent : ce changement d’état est une .
Gaz → liquide : liquéfaction. Les molécules se rapprochent et le piston revient.
Problème 5 · Un mélange de méthane et de dioxygène★★★Difficile
Un chimiste prépare un mélange gazeux contenant 6 molécules de méthane CH4 et 10 molécules de dioxygène O2.
1. Combien d’espèces chimiques ce mélange contient-il ?
Deux sortes de molécules, CH4 et O2 : 2 espèces chimiques.
2. Combien d’atomes d’hydrogène contient-il ?
6 molécules × 4 atomes H = 24 atomes.
3. Combien d’atomes d’oxygène contient-il ?
10 molécules × 2 atomes O = 20 atomes.
4. Combien d’atomes contient-il en tout ?
Méthane : atomes ; dioxygène : atomes ; en tout . Le mélange compte 16 molécules, mais 50 atomes.
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