MENU

COURS : L’air, un mélange de gaz (Chap1)

I. L’atmosphèreII. Composition de l’airIII. Masse, volume et pressionIV. Le dioxygèneV. La pollution atmosphérique

Histoire de l’atmosphèreExpérience de LAVOISIER (1770)Expériences sur la pression atmosphériqueLe baromètre de Torricelli (1643)

L’air : un mélange de gaz (Chap1)

I. L’atmosphèreLa Terre est entourée d’une couche d’air qui mesure quelques kilomètres d’épaisseur et qui est de plus en plus ténue à mesure que l’on s ’élève : c’est l’atmosphère.Cette couche d’air est très fine par rapport au rayon de la Terre.

L’atmosphère joue le rôle d’une serre. Elle permet de conserver des températures favorables au développement de la vie.L’atmosphère est composée de différentes couches :

Entre 0 km et 10 km : la troposphèreEntre 0 km et 10 km : la troposphèreOn y observe tous les phénomènes météorologiquesElle contient 90% de la masse de l’atmosphère.La température décroît de 6°C tous les 1000 m pour atteindre environ -60°C.

Entre 10 km et 50 km : la stratosphèreEntre 10 km et 50 km : la stratosphèreOn y trouve la couche d’ozone qui est une protection contre les rayons ultraviolets du Soleil. Sans cette couche protectrice, la vie serait impossible sur Terre.La température reste constante et égale à -60°C environ de 10 à 25 km c’est-à-dire jusqu’à la couche d’ozone puis augmente jusqu’à 0°C environ.

Entre 50 km et 500 km :Entre 50 km et 500 km :On trouve différentes couches qui correspondent à des inversions de température (mésosphère, thermosphère)

O2 + rayons UVC → O + O + énergie

O + O2 → O3

I. Composition de l’air

L’air qui nous entoure est composé de : 78% de diazote (soit 4/5 de son volume) 21% de dioxygène (soit 1/5 de son volume) 1% d’autres gaz

dioxygène diazote

Le volume d’un gaz est proportionnel au nombre de ses particules ou molécules.Il y a donc 4 fois plus de molécules de diazote que de molécules de dioxygène.

Composition de l’air

Ainsi, en représentant les molécules d’oxygène en rouge

et les molécules d’azote en bleu, on a le modèle suivant

pour l’air :

Les molécules qui composent l’air sont très éloignées les

unes des autres et sont séparées par du vide.

Elles sont en perpétuel mouvement. Elles se déplacent à

grande vitesse dans toutes les directions et

s’entrechoquent.I. Masse, volume et pression

1/ La masse

Comme toute matière, l’air a une masse. Il est beaucoup

moins dense qu’un liquide ou un solide.

Dans les conditions normales de température et de

pression, la masse de 1 L d’air est de 1,3 g.

Sa masse volumique est donc de 1,3 g/L.

Il est environ 1 000 fois plus léger que l’eau.

Expérience

Peser le ballon avant ( exemple=358 g)Ôter 1,5 litres d’airPeser le ballon après ( exemple=356 g)

La masse de 1,5 L d’air est donc de 2 g

2/ Volume et pression

L’air n’a pas de forme propre. Il est compressible

(volume diminue) et expansible (volume augmente).

Après déformation, il reprend son volume de départ : il

est élastique.

Les molécules de l’air comme tous les gaz se répartissent

dans la totalité du volume disponible.

AIR

AIR + GAZROUGE

AIR + GAZROUGE DILUE

AIR + GAZROUGE DILUE

La pression d’un gaz contenu dans un récipient est due

aux chocs des particules contre les parois.

Si on diminue le volume, les molécules se rapprochent

les unes des autres, le nombre de chocs augmente et par

conséquent la pression augmente.

La pression d’un gaz se mesure avec un manomètre et

s’exprime en hectopascal (hPa)

La pression atmosphérique se mesure avec un

baromètre.

La pression atmosphérique normale est environ de 1 000

hPa.

Lorsque la pression atmosphérique est supérieure à 1

015 hPa, on parle d’un anticyclone. (fortes pressions)

Lorsque la pression atmosphérique est inférieure à 1 015

hPa, c’est une dépression (faibles pressions)

L’eau étant environ 1 000 fois plus lourde que l’air, la

pression à 10 mètres de profondeur dans une piscine est

la même que la pression atmosphérique car on a au

dessus de la tête environ 10 000 m = 10 km d’air.

Autrement dit, à 10 mètres de profondeur, on double la

pression sur son corps.

1 m2

10 meau

a même masse que

1 m2

10 km

air

V = 10 m3 a une masse de 10 tonnes = 10 000 kg

Pression à 10 m de profondeur = 10 t/1 m2

= 10 000 kg/10 000 cm2

= 1 kg/1 cm2

= 1 kg/cm2

La pression atmosphérique au sol est donc équivalente

à 1 kg/cm2 soit 10 tonnes par mètre carré !

I. Le dioxygène

1/ Transvasement du dioxygèneAu laboratoire, on recueille du dioxygène à partir d’une

bouteille d’oxygène liquide.

Manodétendeur

Bouteille dedioxygène comprimé

Eau

Cristallisoir

Dioxygène pur

2/ Test de reconnaissance du dioxygène

Pour reconnaître le dioxygène il faut :

• Enflammer la bûchette (Prudence : cheveux longs)

• Souffler la flamme pour laisser un point incandescent

• Pencher le tube à essais contenant le gaz

• Ouvrir le tube à essais

• Introduire la bûchette.

Le dioxygène entretient les combustions et la respiration.

Le cycle biologique maintient la composition de l’air et il

faut lutter contre la pollution pour préserver sa pureté.

Dioxygène pur

Buchette

Pointincandescent

On produit un point incandescent

Flamme

Pointincandescent

Le point incandescent s’enflamme

3/ Préparation du dioxygène par réaction chimique

Solution deKMnO4

Eauoxygénée Dioxygène

On produit du dioxygène en faible quantité à partir d’une réaction chimique : on fait agir de l’eau oxygénée sur une solution de permanganate de potassium.

4/ La synthèse chlorophyllienne

La photosynthèse se produit à l’intérieur des cellules

végétales, en particulier des feuilles des plantes vertes.

Le dioxyde de carbone de l’atmosphère et l’eau sont

transformés en sucres et en dioxygène.

Les sucres sont stockés par la plante dans les cellules

tandis que le dioxygène est rejeté dans l’atmosphère.

C’est la lumière du Soleil qui fournit l’énergie nécessaire à

cette transformation. Elle est captée par un pigment vert

contenu dans les cellules végétales : la chlorophylle.

Dioxyde de carbone + eau Sucres + dioxygène Lumière

Chlorophylle

V. La pollution atmosphérique Les activités humaines sont à l’origine du dégagement de nombreuses substances.

Ces substances sont en grande partie responsables de la pollution atmosphérique.

Les sources de pollution sont :

• Les poussières et métaux lourds.Les poussières et métaux lourds.

L’amiante, le plomb, le mercure, l’arsenic sont toxiques, voire cancérigènes.

• Les oxydes d’azote et les hydrocarbures.Les oxydes d’azote et les hydrocarbures.

Les principaux émetteurs de ces gaz sont les grandes installations de combustion et surtout les véhicules automobiles.

Ces gaz s’accumulent au-dessus des grandes villes, et en présence de rayons solaires, forment l’ozone, qui est un gaz irritant, et d’autres gaz oxydants. On appelle cela le « smog ».

L’ozone formé par les hommes (ozone troposphérique ou mauvais ozone) ne peut pas combler le trou de la couche d’ozone situé en altitude car ce gaz est trop dense pour s’élever dans la stratosphère. • Le dioxyde de soufre.Le dioxyde de soufre.

Les plus gros émetteurs sont les centrales thermiques, les raffineries, les grandes installations de combustion utilisant les combustibles fossiles soufrés (charbon, fuel, gazole)

Le dioxyde de soufre est un gaz incolore et suffocant à l’origine de pluies acides. • Les gaz à effet de serre.Les gaz à effet de serre.

Le dioxyde de carbone et le méthane emprisonnent la chaleur émise par le Soleil et favorisent l’augmentation de température de la Terre. • Les chlorofluorocarbones (CFC)Les chlorofluorocarbones (CFC)

Utilisés comme aérosols, comme fluide calorifique dans les réfrigérateurs et les congélateurs, ces composés chimiques détruisent la couche d’ozone située entre 15 et 25 km d’altitude.