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Univers Matériel La transformation et l'organisation de la matière

Voici les notes de cours que nous utiliserons dans le cadre du cours de sciences cette année. Dans cette section nous allons couvrir plusieurs concepts relatif à l'univers matériel. Nous y traiterons plus particulièrement des différents changements que la matière peut subir.

Table des matières

  • Les changements physiques
  • Les changements chimiques
  • La conservation de la matière
  • L'organisation de la matière (les éléments, les symboles chimiques, les atomes, les molécules)
  • Le tableau périodique
  • Les modèles atomiques (John Dalton)

Les changements physiques

Les changements physiques ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière. Les propriétés de la matière sont les mêmes avant et après le changement. Pendant un changement physique, la substance garde les propriétés qu'elle avait au départ. Les molécules impliquées dans le changement reste intactes.

Parmi les changements physiques on retrouve principalement:

  • les changements de forme (ex. : déformation, découpage, étirement),
  • les changements de phase (ex. : vaporisation, fusion, condensation SEC 1),
  • les méthodes de séparation des mélanges (SEC 1).

Les changements de forme

Lorsqu'on applique une force ou une contrainte sur une substance, cette dernière change de forme. Il peut entraîner une déformation de l'objet.

  • Pliage: lorsque l'objet est plié
  • Laminage: lorsque l'objet est laminé
  • Moulage: lorsque l'objet est moulé

Il peut entraîner également une rupture de l'objet.

  • Découpage: lorsque l'objet est découpé
  • Sciage: lorsque l'objet est scié
  • Déchiquetage: lorsque l'objet est déchiqueté

Toutefois, peu importe la contrainte appliquée, les propriétés de l'objet demeurent les mêmes.

Autres changements de forme

  • Les changements d'états
  • La séparation des mélanges

Les différents changements de forme en images

1- Pliage 2-Moulage 3- Laminage 4-Découpage 5- Sciage 6- Déchiquetage

Les changements chimiques

​​Les changements chimiques modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière. De nouvelles substances sont donc formées à la suite de la réaction.

On dit qu’une substance a subi un changement chimique si elle s’est transformée en une ou plusieurs substances nouvelles qui n’ont pas les mêmes propriétés que la substance de départ.

Les propriétés caractéristiques des substances disparaissent et les produits formés ont de nouvelles propriétés.

Les indices pour reconnaître un changement chimique

Il y a cinq indices qui permettent de reconnaître la présence d’un changement chimique.

  • La formation d'un gaz (effervescence)
  • La production de chaleur
  • La production de lumière vive
  • Un changement de couleur significatif
  • La formation d'un précipité

La formation d’un gaz (effervescence)

Lorsque certaines substances entrent en contact, il peut y avoir production d'un gaz qui n'était pas présent au début de la réaction. Il peut être observé par la présence de bulles ou d'une fumée, ou encore par l'odeur dégagée par le gaz produit.

Lorsqu’on mélange de l’eau (substance liquide) avec une pastille d’Alka-Seltzer (substance solide), on assiste à un fort dégagement de gaz: les bulles de gaz sont bien visibles. Il y a une nouvelle substance gazeuse qui vient d’être créée.

La production de chaleur

Un changement chimique peut produire ou absorber de la chaleur. Il est donc possible de déterminer la présence d'un changement chimique en mesurant la température et en notant une variation de la température.

Lorsqu’on fait brûler une bûche de bois, celle-ci dégage beaucoup d'énergie sous forme de chaleur. Ce dégagement de chaleur indique qu'un changement chimique se produit.

La production de lumière vive

Certains changements chimiques sont accompagnés d'une émission de lumière. C'est entre autres le cas des combustions.

Lorsqu’on fait chauffer un ruban de magnésium, il s’en dégage une lumière très vive. Le ruban de magnésium n’a pas du tout le même aspect après la combustion. Cette production d'énergie sous forme de lumière indique qu'il s'agit d'un changement chimique.

Un changement de couleur significatif

Il est possible que, lors d'une réaction, les produits n'aient pas la même couleur que les réactifs. Un changement de couleur pourrait alors indiquer qu'un changement chimique se soit produit.

La poudre de cuivre, initialement orange, devient noire lors d’un chauffage. La substance après le chauffage est un oxyde de cuivre qui n’a pas les mêmes propriétés que la poudre de cuivre initiale. Ce changement de couleur significatif indique la présence d'un changement chimique.

La formation d’un précipité

Un précipité est un composé solide insoluble formé par le mélange de deux ou plusieurs substances non solides. Dans certaines situations, un mélange de deux liquides peut produire un précipité. La présence d'un tel précipité peut indiquer la présence d'un changement chimique.

Lorsqu’on mélange une solution aqueuse d’iodure de potassium (KI) avec une solution aqueuse de dinitrate de plomb (Pb(NO3)2), il y a un dépôt jaune solide de diiodure de plomb (PbI2) qui apparaît. Le précipité est une nouvelle substance qui n’avait pas les mêmes propriétés que les substances initiales. Il s'agit d'un indice de changement chimique.

Les types de réaction chimique

Il existe quatre grands types de réaction chimique:

  • La synthèse: Une réaction de synthèse est une réaction chimique au cours de laquelle des atomes, des ions ou des molécules se combinent de manière à former une nouvelle molécule plus grosse.
  • La décomposition: Une réaction de décomposition est une réaction chimique dans laquelle des liaisons sont rompues de manière à ce qu'une grosse molécule se décompose en entités plus petites.
  • L'oxydation: Réaction chimique, souvent provoquée par l'oxygène, par laquelle on retire des électrons à un atome ou à une molécule.
  • La combustion: Une combustion est une réaction chimique. Les réactifs sont le combustible (corps qui brûle) et le comburant (corps qui aide à brûler). Le comburant est généralement le dioxygène. Cette réaction s'accompagne toujours d'un dégagement de chaleur (réaction exothermique).

Exemples de réaction chimiques (à consulter)

La conservation de la matière

Pour un changement chimique, le principe reste le même. La masse des réactifs et des produits restera la même, car ce sont les mêmes atomes au début et à la fin de la réaction. Il se produira un réarrangement des atomes pour former des nouvelles molécules à la fin de la réaction.

Lorsqu'on fait chauffer de la poudre de cuivre (initialement de couleur orange), il en résulte une poudre plus granuleuse de couleur noire. L’oxygène (O2) contenu dans l’air ambiant s’est combiné avec les atomes de cuivre (Cu) pour former de l’oxyde de cuivre (CuO). L'image suivante illustre la réaction.

La matière a donc été conservée (il n’y a eu aucune perte).

Il y a deux atomes de cuivre du côté des réactifs et deux atomes de cuivre du côté des produits. Il y a aussi deux atomes d’oxygène du côté des réactifs et deux atomes d’oxygène du côté des produits. Il y a donc eu conservation de la masse. Lors du chauffage, les atomes ont formé de nouveaux liens. Ils ont créé une nouvelle substance qui n’a pas les mêmes propriétés que les substances initiales.

Antoine Laurent de Lavoisier

Antoine Laurent de Lavoisier (Paris, 26 août 1743 - Paris, 8 mai 1794) est un chimiste français. Il est considéré comme le « père de la chimie moderne », car ses découvertes démentirent les lois de l'alchimie utilisées jusqu'alors — selon lesquelles tout élément pouvait apparaître, disparaître ou se transformer en un autre. (Source: Vikidia)

L'organisation de la matière

  • Les éléments,
  • Les symboles chimiques,
  • Les atomes,
  • Les molécules,
  • Le tableau périodique
  • Le modèle de Démocrite
  • Le modèle atomique de John Dalton

L'élément

Un élément est une substance formée d’une seule sorte d’atomes. Il est impossible de séparer ce type de substance par des moyens physiques ou chimiques. Un élément peut donc être un atome seul ou bien une molécule composée d'atomes identiques liés chimiquement ensemble.

Le fer (Fe), le dioxygène (O2), le magnésium (Mg) et le dihydrogène (H2) sont des éléments, car ces substances sont toutes formées par une seule sorte d'atomes.

Le symbole chimique

Le numéro atomique donne l’ordre de l’élément dans le tableau.

Le symbole chimique est une abréviation d'une ou deux lettres. La 1e lettre est majuscule, la 2e lettre est en minuscule. Le même symbole existe dans toutes les langues.

La masse atomique est la masse relative d’un élément par rapport à un autre. (l’hélium a une masse 4 fois plus grande que l’hydrogène)

Les atomes

Un atome est la plus petite particule en laquelle un élément peut être divisé par des moyens chimiques. On dit souvent qu'il s'agit de la plus petite particule de matière.

Les scientifiques ont été en mesure de déterminer les différents types d'atomes qui forment la matière qui nous entoure. Ils ont été en mesure de les regrouper et en faire la classification dans le tableau périodique des éléments chimiques.

L'atome est l'unité de base de la molécule. Voici quelques atomes présents sur Terre: Carbone (C), Hydrogène (H), Oxygène (O), Azote (N)...

Les molécules (ou composés)

Une molécule est un regroupement d’au moins deux atomes qui sont unis par des liens chimiques. Ces atomes peuvent être identiques (élément) ou différents (composé). On appelle liaison chimique un partage ou un échange d’électrons.

Voici quelques exemples de molécules: l'eau (H2O), le dioxygène (O2), le sucre (C6H12O6)...

Le tableau périodique

Le tableau périodique des éléments est un répertoire organisé de tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leur configuration électronique et de leurs propriétés chimiques.

Dimitri Mendeleïev

La classification utilisée aujourd’hui a été conçue par le russe Dimitri Ivanovich Mendeleïev. Premièrement, les éléments sont classés selon leur numéro atomique. On a donné le numéro 1 à l’atome qui a un proton, le numéro 2 a l’atome qui a deux protons et ainsi de suite.

Le modèle de Démocrite

Démocrite était un philosophe de l’Antiquité ayant vécu environ 400 ans av. J.-C. Il est à l’origine du premier modèle atomique étudié.

Démocrite affirmait que la matière était constituée de particules très petites et identiques qu’il était impossible de briser ou de diviser. Il appelait ces particules atome (atomos en grec, qui signifie indivisible). Il pensait que ces particules indivisibles étaient séparées par du vide. C’est pourquoi sa représentation de la matière est appelée le modèle de la discontinuité. Selon lui, la façon dont les atomes sont répartis dans la matière expliquerait pourquoi une substance aurait des propriétés différentes d’une autre substance. Par exemple, le fait que le plomb est plus lourd que le liège s’expliquerait par le fait que les atomes y sont plus entassés.

Le modèle atomique de Dalton

John Dalton était un jeune professeur anglais qui vécut entre 1766 et 1844. Contrairement à ses deux prédécesseurs, Démocrite et Aristote, il était un scientifique et par conséquent, il construisit son modèle à partir d’expérimentations scientifiques. Il se basa sur plusieurs observations faites par différents scientifiques pour construire son modèle.

La description du modèle de Dalton

Le modèle que Dalton a conçu est aujourd’hui appelé la théorie atomique. Les principaux éléments de ce modèle sont résumés dans le tableau ci-dessous.

  • La matière est composée de petites particules invisibles et indivisibles appelées atomes.
  • Les atomes d’un élément donné ont tous la même masse et sont identiques à tout point de vue.
  • Les atomes d’éléments différents ont des propriétés et des masses différentes.
  • Les atomes d’éléments simples se combinent dans des proportions définies pour former de nouveaux produits. La molécule produite possède des propriétés différentes des atomes qui la constituent.

Credits:

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