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Description de l’univers

La vision du chimiste

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Objet de la chimie

Se représenter le monde d’une certaine manière (propre au chimiste) afin de :

• comprendre

• prédire

• fabriquer

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Comprendre quoi ?

• Comprendre de quoi sont constituer les objets qui nous entoure

• Comprendre les événements qui arrivent à ces objets

• Comprendre les propriétés des objets (couleur, densité) et des événements (rapidité d’une transformation - explosion)

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Comprendre comment ?

Comprendre avec des MODELES• modèle = représentation mentale

• modèle pour utiliser des théories

Comprendre en classant• classer = faire des catégories

• classer pour généraliser

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Exemples de catégorisations

Exemple d’une chaise• Concept de chaise

Propriétés des objets• conduit (ou pas) l’électricité

• absorbe (ou pas) la lumière

• gaz, liquide ou solide

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Niveau microscopique

• Le chimiste se place à une échelle non perceptible pour interpréter, décrire...

• L ’échelle des molécules et des atomes

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De l’homme à l’atome

106 m ou

1000 km

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On s’approche

103 m ou

1 km

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On s’approche encore

1 m

10

On s’approche toujours

10-3 m ou

1 mm

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On s ’approche toujours

10-6 m ou

0,001 mm

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Terme du voyage

10-9 m ou

0,000001 mm

atomes

molécule

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Intérêt de la notion de molécule

• Prenons un verre d’eau

• Une goutte d’eau

• Une microgoutte d’eau

Une « partie » d’eau, c’est toujours de l’eau

La molécule d’eau est le stade ultime au delà duquel une partie n’est plus de l’eau.

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Espèce chimique

• Le monde qui nous entoure est constitué d'espèces chimiques. Elles sont toujours sous formes de mélanges.

• Les produits presque purs (P.P.P.) utilisés par les chimistes contiennent essentiellement une seule E.C.

ex : l’eau, l’alcool, le soufre

contre exemple : l’air, le bois, un mur

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Comment répondre à la question : est-ce un PPP ?

• On ne peut pas a priori savoir si un « produit » est un PPP.

• Un échantillon n’est jamais une espèce chimique. Les corps purs n’existent pas.

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Combien connaît-on d ’espèces chimiques ?

• Quelques millions

• On connaît quelques millions de molécules différentes

• Il y a autant d’espèces chimiques différentes.

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L ’atome

Les molécules sont constituées d ’atomes

Les atomes sont reliés, au sein des molécules,

par des liaisons chimiques

atomes

liaisons chimiques

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Autre représentation d ’un atome

« Vu » de l ’extérieur, un atome est un nuage

électronique

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Structure de l ’atome

L ’atome est constitué d ’un noyau entouré

d ’électrons

Grossi 100 000 fois

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Nom d’un atome

Exemples : atome de fer, atome d’hydrogène atome de cuivre …

Contre exemple : pas d’atome de plastique, pas d’atome d ’air…

Les noms atomes sont répertoriés dans la classification de Mendéléleiv

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Qui donne les noms aux atomes

• Éléments connus depuis l’antiquité (fer, or, argent, mercure, cuivre, carbone, soufre)

• Éléments découverts (uranium, vanadium, gallium...)

• Éléments fabriqués par les physiciens (californium…)

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Les ions

• Un atome peut gagner ou perdre des électrons. Il devient un ion.

• S ’il gagne des électrons c ’est un anion (-)

• S ’il perd des électrons, c ’est un cation (+)

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Atomes et ions

- - -+ + + - -+ + +

Atome de lithium ion lithium

Masse presque identiqueCharge différente

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Exemple du cation sodium

• Atome de sodium : Na : – Un noyau chargé 11 +– 11 électrons : charge des électrons 11 -

• Cation sodium : Na+ :– Un noyau chargé 11 +– 10 électrons : charge des électrons 10 -

Charge de l ’atome :

0

Charge de ce cation :

1+

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Exemple d ’un anion

• Atome d ’oxygène : O – Un noyau chargé 8 +– 8 électrons : charge des électrons 8 -

• Anion oxyde : O2-

– Un noyau chargé 8 +– 10 électrons : charge des électrons 10 -

Charge de l ’atome :

0

Charge de cet anion :

2-

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Electroneutralité

• La matière est électriquement neutre

• Au sein d ’une espèce chimique ionique, il y a autant de charges (+) apportées par les cations que de charges (-) apportées par les anions.

• Ex : NaCl, CaCl2, NH4NO3,...

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Combien connaît-on d ’atomes différents ?

• Une centaine

• ex : Hydrogène,

oxygène, fer, soufre…

• Les galaxies sont constituées des atomes connus sur Terre.

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Comment connaît-onles atomes des galaxies ?

• Sur Terre, un atome chauffé émet une lumière qui lui est caractéristique.

• C ’est la même lumière qui nous parvient des galaxies.

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Constitution de l ’univers

• L ’univers est constitué d ’atomes.

• Il y a une centaine de types d ’atomes différents.

• Abondance dans l ’univers :– H 92,7%– He 7,18– O 0,057%– Ne 0,022%– N 0,015– C 0,008%– Si 0,0023– ...

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Symboles

• A chaque atome, un symbole

• exemples– hydrogène H– hélium

He– lithium Li– azote N

• A chaque molécule, une combinaison de symboles

• exemples– eau H2O

– alcool C2H6O

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Quand atomes et espèces chimiques ont un même symbole

• atomes

soufre S

carbone C

hélium He

• espèces chimiques

soufre S

carbone C

hélium He

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Vous êtes journalistes

• Vous venez d’apprendre qu’on a découvert un nouvel élément chimique

• Vous devez écrire un article pour convaincre vos lecteurs que c’est une découverte importante

• Préparez cet article en faisant la liste des idées à développer

• Faites aussi la liste des questions qu’il faudra demander au découvreur

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La matière inanimée

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Proposer des exemples de noms de matière inanimée :

• ...

• ...

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Proposer des exemples de noms de matière inanimée :

• Tungstène

• règle plastique

• téléphone

• bureau

• verre

• pierre

• fer

• Tissu

• puce électronique

• sac à main

• circuit imprimé

• cure dents

• râteau

• boite de petits pois

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Classement de la matière

• Organique : constituée essentiellement des atomes C et H

• Inorganique (ou minérale) : le reste.

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La matière organique

La matière organique brûle en produisant essentiellement de l’eau H2O et du dioxyde de

carbone CO2.

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La matière inorganique

• Peut brûler (soufre, fer) mais ne donne ni eau ni dioxyde de carbone

• Est rarement combustible (sable, calcaire…)

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Autre classement des espèces chimiques

• Naturelle (se trouve dans la nature)– silice (sable) SiO2

– carbonate de calcium (calcaire) CaCO3

• Synthétique (est préparée par les chimistes)– Aluminium Al– Polyéthylène

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Espèces chimiques ioniques

• Ions (rappel : entités chargées)

• Une espèce chimique ionique est constituée d ’anions et de cations

• Exemple – le sel de cuisine NaCl, (Na+ et Cl-)

– le sable SiO2, (Si4+ et 2 O2-)

– tous les minéraux

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Reconnaître si une espèce chimique est ionique ou non

• Règles souffrant de nombreuses exceptions

• Nom composé : chlorure de sodium, carbonate de calcium…

• Essai de dissolution dans l’eau pour les produits de laboratoire

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Exemple de minéral (béryl)

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La matière animée

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Constitution de la matière animée

• De molécules (donc d ’atomes, des mêmes atomes que ceux des galaxies)

• D ’eau

• De matière organique

• Un peu de matière inorganique autre que l ’eau

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Matière organique constituant la matière animée

• Petites molécules (moins 100 atomes)– sucres– acides aminés– ...

• Macromolécules (> des milliers d ’atomes)– protéines– ADN– ...

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L ’ADN

• Constituée d ’atomes– C

– H

– N

– O

– P

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Classement à l’école primaire

Vous êtes animateur à l’école primaire : vous voulez montrer que l’on peut catégoriser la matière qui nous entoure

1) choisir une liste d’objets et de matériaux

2) Choisir des critères de classement

3) Préparer l’activité (qui pourra faire intervenir des expériences)

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Aspect historique

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L ’atome

• L ’atome antique

• L ’atome de Dalton

• L ’atome au XIXe siècle

• Jean-Perrin

• L ’atome quantique

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Élément chimique

• La théorie des 4 éléments

• Le phlogistique

• Les travaux de Lavoisier

• La loi de conservation

• L’enseignement de la chimie

• Le classement des éléments chimiques

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La classification périodique

• Nombre d ’éléments chimiques connus par Lavoisier (33)

• Nombre d ’éléments chimiques connus en 1869 (66)

• Combien y a -t-il d ’éléments chimiques ?

• La classification périodique

• Intérêt de la classification de Mendéléiev