Document soumis à la réglementation sur le droit d'auteur. © 09/11/2003, F.C. Rava-Reny


QUELQUES PROPRIÉTÉS DE L'AIR

 

PLAN
           I.    Composition de l'air
           II.   Absence de volume propre
           III. L'air est pesant
           IV. Au niveau moléculaire

 

I. Composition de l'air

Historique : au 18ème siècle, des "savants" européens font des expériences sur l'air : Cavendish, de Lavoisier...

I. 1. Composition de l'air

• Question
L'air est-il un corps pur ou bien est-il un mélange de gaz ?

Expérience
Nous avons placé une bougie dans un cristallisoir qui contient de l'eau.
Nous allumons la bougie. Puis, nous plaçons un récipient sur la bougie comme indiqué sur le schéma, en plongeant les bords du récipient dans l'eau (le récipient est éventuellement maintenu par un support).

Hypothèse et discussion
L'air contient au moins un gaz qui brûle [on ne peut en effet faire brûler une bougie dans le vide].
Si l'air est un corps pur, il est alors constitué de ce gaz qui brûle uniquement. Dans ce cas, le niveau de l'eau devrait monter (presque) jusqu'en haut, car le gaz qui brûle laisse de la place à l'eau en brûlant.
[Si l'air est un mélange de gaz qui brûlent, alors  il se passera la même chose.]

Si l'air est un mélange d'au moins un gaz qui brûle et d'au moins un gaz qui ne brûle pas, alors le niveau de l'eau ne montera pas jusqu'en haut : l'eau prendra au maximum la place du gaz qui a brûlé et elle ne pourra pas prendre la place du gaz qui ne brûle pas.

Phénomène observé
La bougie s'arrête rapidement de brûler. Le niveau d'eau monte, mais peu.

Conclusion(s)
L'air n'est pas un corps pur : c'est un mélange d'au moins deux gaz : un qui brûle et un qui ne brûle pas.
Le gaz qui ne brûle pas est minoritaire (par rapport à celui qui brûle).
 

I. 2. Composition et proportion

Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) a montré que l'air était essentiellement composé de deux gaz qu'il a baptisé :
     - le dioxygène (c'est celui qui brûle) ;
     - le diazote (c'est celui qui ne brûle pas).
[Dans le mot diazote, il y a le préfixe di, qui veut dire deux et nous verrons cela plus tard cette année, et le mot azote. Azote est le terme employé couramment à la place de diazote. Dans le mot azote, il y a le préfixe a- qui veut dire "ne pas" et la racine "zo" comme dans zoo, qui veut dire la vie, en grec. Le prénom Zoé est grec et veut dire "Vie" (Zwh). Lavoisier a donné ce nom à ce gaz, azote, car, seul, il ne permet pas la vie. Application : pour conserver des aliments, on les mets dans du diazote ; exemple : les paquets de chips : pour éviter que les chips ne s'oxydent avec le dioxygène, au lieu de mettre de l'air, on met seulement du diazote.]
Ses expériences (que nous ne pouvons refaire en classe car elles utilisent du mercure, qui est un métal toxique) permettent également de déterminer la proportion de ces gaz.

L'air contient en volume un cinquième de dioxygène et quatre cinquièmes de diazote.

Ou, autrement dit :

L'air contient environ quatre fois plus de diazote que de dioxygène.

[Parfois, on indique que l'air est composé de 78 % de diazote et de 21 % de dioxygène : pour voir ce que cela impliquer, se reporter à la fiche sur la précision de la mesure. Dans le même ordre d'idée, en physique, un cinquième (1 / 5) n'est pas égal à 20 %, même si cela est vrai d'un point de vue mathématique. Cela vous chiffonne ?... Consultez la fiche précision !]

Une expérience avec de la paille de fer permet de retrouver la proportion de dioxygène.

• Question
Quelle est la proportion de dioxygène dans l'air ?

Expérience
Nous avons plongé de la paille de fer dans du vinaigre pendant une nuit pour accélérer la réaction.
Nous sortons la paille de fer du vinaigre et la rinçons à l'eau.
Nous la plaçons dans une éprouvette graduée, que nous renversons et plaçons dans un cristallisoir contenant un fond d'eau. L'éprouvette graduée est maintenue par un support.
 

Phénomène(s) observé(s)
Dans les minutes qui suivent, le niveau d'eau monte. Il s'arrête de monter au cinquième du volume d'air initial.
Au fur et à mesure que l'eau monte, le fer rouille.

Explications et conclusion
Le dioxygène présent dans l'air réagit avec le fer pour former de la rouille.
Contrairement à l'expérience de combustion avec la bougie, il n'y a aucun gaz qui est produit. Ici, le dioxygène est fixé dans la formation de la rouille. Il cède donc la place à l'eau.
Le niveau d'eau est donc monté du volume de dioxygène qu'il y avait au début de la réaction.
Il y a donc bien un cinquième de dioxygène en volume dans l'air.
 

II. Absence de volume propre

II. 1. Compression et détente

qsd

II. 2. Unités et instruments de mesure de la pression

La pression d'un gaz se mesure en pascal avec un manomètre.

III. L'air est pesant

Comment montrer que l'air pèse ?...

L'air possède une masse.

A pression atmosphérique normale et 25°C, 1 litre d'air pèse 1,3 g.

 

IV. Au niveau moléculaire

Rappel de 5ème : toute la matière (même nous) est constitué d'atomes.
--> pourquoi pas un travail sur les échelles de longueur.

IV. 1. Composition de l'air

L'air est essentiellement composée d'un mélange de molécules de diazote et de molécules de dioxygène.
Les molécules de diazote sont environ quatre fois plus nombreuses que les molécules de dioxygène.

---> Travail : pub sur le slogan : "l'air contient..."

IV. 2. Compressibilité

Rappel de 5ème : à l'état gazeux, les particules sont espacées, dispersées et agitées.
Quand on compresse, les molécules se "rapprochent" : leur nombre ne varie pas, le volume qu'elles occupent diminue

IV. 3. Masse, pression et volume

La masse d'un volume de gaz est la masse de l'ensemble des molécules qui constituent ce gaz.

La pression, c'est le nombre de fois que les molécules tapent.

--> Expérience de la canette