Chapitre II La description moléculaire et les trois états de la matière

I] La matière est constituée de molécules

Questions

1) Décris les théories de Démocrite, puis celle d’Aristote. A quels siècles ont-ils vécu ?2) Quel scientifique a repris les travaux de Démocrite, près de 2230 ans plus tard ?3) Quels scientifiques ont prouvé l’existence et calculé la taille d’une molécule ?4) Quels appareils électroniques sont capables aujourd’hui de confirmer l’existence des molécules dans la matière ?5) Conclusion : De quoi est constituée la matière ? Comment se présentent-elles ? Quelle est approximativement leur taille ?

1) Environ 5 siècles avant JC, Démocrite considérait que la matière était constituée de très petites parties distinctes.A la même époque, Aristote affirmait que la matière était formée à partir des quatre éléments l’eau, la terre, le feu et l’air : c’est cette dernière théorie qui fut retenue pendant plus de 2200 ans.

2) John Dalton reprit les travaux de Démocrite vers 1800.

3) Benjamin Franklin prouva l’existence des molécules et Lord Rayleigh a calculé leur taille.

4) De nos jours, les microscopes électroniques sont capables de nous prouver l’existence des molécules.

5) La matière est constituée de particules appelées des molécules qui se présentent comme des petits grains de matière.Leur taille est proche du millionième de millimètre ( soit 10-9 m ).

Molécules de carbone

Molécules d’or

II] Disposition des molécules dans les solides

Description de l’état solide à l’échelle moléculaire

Un solide est incompressible : c’est à dire que son volume ne varie pas quand on exerce une pression sur celui-ci. De plus, quand on le change de récipient, son volume ne change pas : on dit qu’il possède une forme propre. Ces propriétés s’expliquent par la disposition compacte ( serrée ) de ses molécules qui sont collées les unes aux autres. Enfin, si on ne touche pas à un solide, celui-ci ne va pas changer de place : ceci s’explique par le fait que ses molécules soient immobiles.Dans certains solides, comme les cristaux, les molécules sont, de plus, disposées de façonordonnée : c’est le cas de la glace.Pour schématiser un solide cristallin, on dessine des sphères :

- bien ordonnées - immobiles- collées les unes aux autres

Corps pur ( glace ) Mélange homogène ( bronze ) Mélange hétérogène ( emballage brique de lait )

Dans toutes les matières solides, les molécules sont immobiles, ordonnées et collées.

III] Disposition des molécules dans les liquides

Description de l’état liquide à l’échelle moléculaire

Un liquide est incompressible : c’est à dire que son volume ne varie pas quand on exerce unepression sur celui-ci. Par contre, quand on le change de récipient, il prend la forme durécipient qui le contient : on dit qu’il ne possède pas de forme propre.De plus, un liquide s’écoule quand on le renverse.Ces propriétés s’expliquent par la disposition serrée de ses molécules, sans pour autantqu’elles soient collées les unes par rapport aux autres : en fait, les molécules glissent lesunes sur les autres, ce qui explique le désordre des molécules.Pour schématiser un corps liquide, on dessine des sphères :

- serrées sans être collées - un peu agitées- désordonnées

Corps pur ( huile ) Mélange homogène Mélange hétérogène ( eau + sirop ) ( eau + huile )

Dans toutes les matières liquides, les molécules sont un peu agitées,désordonnées et serrées sans être collées.

Explication d’expériences réalisées en 5 ème au niveau moléculaire

Pourquoi lors de la fusion ou de la solidification d’une substance, la masse ne varie pas ?

Lors d’un changement d’état, la masse ne varie pas car le nombre de molécules reste identique dans les deux substances liquide et solide : seules la disposition et la mobilité des molécules ne sont pas les mêmes.

Comment un soluté, comme du sucre ou du sirop, peut-il se dissoudredans un solvant comme de l’eau ?

Comme les molécules de solvant, ici d’eau, ne sont pas collées, les molécules de soluté, ici du sirop de menthe, vont pouvoir se disperser et s’intercaler entre les molécules de solvant qui glissent les unes sur les autres.

100 g 100 g

Pourquoi la masse ne varie-t-elle pas lors d’une dissolution ?

Les molécules de soluté, ici du sirop, vont s’intercaler entre les molécules de solvant, ici d’eau, mais le nombre total de molécules reste identique, c’est pourquoi la masse lors d’une dissolution ne varie pas.

IV] Disposition des molécules dans les gaz

Description de l’état gazeux à l’échelle moléculaire

Un gaz est compressible : c'est-à-dire que l’on peut réduire son volume, comme dans une seringue en poussant le piston. Les gaz sont aussi très légers : 1 litre d’air à 20°C ne pèse que 1,3g. Ces propriétés s’expliquent par la disposition très éloignée de ses molécules.Un gaz est expansible : c’est à dire qu’il occupe tout l’espace disponible et se diffuse dans l’air. Ceci s’explique que les molécules d’un gaz sont toujours en mouvement, ce qui explique leur disposition très désordonnée. .Pour schématiser un corps gazeux, on dessine des sphères :

- très éloignées- très désordonnées

Corps pur ( dioxygène ) Mélange homogène ( air )

Dans toutes les matières gazeuses, les molécules sont très agitées,très désordonnées et très éloignées les unes des autres.

100 g 100 g

L’air contient 4 fois plus de molécules de diazote que de molécules de dioxygène

dioxygène

diazote

Explication d’expériences réalisées en 5 ème au niveau moléculaire

Pourquoi un gaz est-il compressible contrairement à un liquide ?

Les molécules dans un gaz étant très espacées, il est possible en poussant le piston de la seringue de les rapprocher. Dans un liquide, les molécules sont déjà serrées les unes contre les autres.

Pourquoi la pression d’un gaz augmente-t-elle lors de la compression ?

La pression du gaz augmente car les chocs des molécules contre les parois de la seringue sont plus nombreux et l’agitation des molécules augmente lors de la compression.

Pourquoi un gaz est-il expansible ?

Un gaz est expansible car ses molécules sont en perpétuel mouvement : ce qui a pour conséquence qu’elles vont occuper toute la place qu’on leur offre si le volume du gaz augmente.

Pourquoi la pression d’un gaz augmente-t-elle lors de la compression ?

Lors de la compression d’un gaz, ses molécules se rapprochent davantage des parois, ce qui fait augmenter le nombre de chocs des molécules contre les parois de la seringue, d’où une élévation de la pression à l’intérieur de celle-ci.

Les trois états de la matière se différencient les uns des autres par la dispersion,la disposition et la mobilité des molécules qui les constituent.