Questionnement : Quelle est la constitution de la matière ?

Histoire des arts

Nom de l'artiste : Jonathan Borofsky
Titre de l'oeuvre : Molecule Man
Dates : inauguré en 1999.
Dimensions : 30m.
Matériaux : aluminium.
Lieu d'exposition : Berlin

Objet d'étude n°7 : La modélisation de la matière

Activité n°1 : La constitution de la matière

Les molécules

Un modèle

On veut représenter deux récipients : l'un plein de molécule d'eau , l'autre plein de molécule d'air. La matière est dans les deux cas à l'état gazeux.


Volume d'air		Volume de vapeur d'eau

L'expérience de Franklin

Depuis l'expérience de Franklin, nous pouvons déterminer expérimentalement la longueur d'une molécule d'huile. Soit un nanomètre, le milliardième du mètre.

Activité n°2 : Interprétation microscopique des tranformations physiques

Comment s'organisent les molécules d'eau dans les trois états physiques ?

Propriétés de l'eau		Comportement des molécules
SOLIDE	1. La glace est un solide. 2. Les cristaux de glace ont une forme géométrique. 3. La glace est incompressible.	1. Elles sont très fortement liées entre elles. 2. Elles sont empilées régulièrement. 3. Elles sont très proches.
LIQUIDE	1. L'eau liquide ne possède pas de forme propre, elle peut s'écouler. 2. L'eau liquide est incompressible.	1. Les molécules sont peu liées et glissent les unes sur les autres. 2. Les molécules sont proches.
GAZ	1. La vapeur ne possède pas de forme propre. 2. La vapeur est expansible. 3. On peut modifier le volume d'un gaz.	1. Elles ne sont pas liées. 2. Elles sont animées de mouvements désordonnés. 3. Il existe de grands espaces vides entre les molécules.

Utilisation du modèle moléculaire

Comment modéliser les trois états de la matière ?


Etat solide		Etat liquide		Etat gazeux

La dissolution et la diffusion

Comment représenter la diffusion de deux gaz avec le modèle moléculaire ?

	molécules contenues dans l'air
	molécules de dioxyde d'azote

Problème
Modélisation

Comment représenter la dissolution d'un soluté dans un solvant
avec le modèle moléculaire ?


		→
Eau (solvant)	Sel (soluté)	Dissolution	Eau salée (solution)

Activité n°3 : Les atomes

Comment sont constitués les molécules ?

① Atomes d'or vus au microscope électronique.

② Molécules vus au microscope électronique.

Hydrogène
H

Carbone
C

Azote
N

Oxygène
O

Chlore
Cl

Histoire des arts
Eléments de réponse

Où se trouve cette oeuvre ?
Que représente-t-elle ?

Nom de l'artiste : La conception a été faite par l’Ingénieur André Waterkeyn (1917-2005).Les sphères ont été aménagées par André et Jean Polak.

Titre de l'oeuvre : Atomium

Dates : l’Atomium fut construit à l’occasion de l’Exposition Universelle de Bruxelles en 1958.

Dimensions : L’architecture mesure 102 mètres et pèse en tout 2400 tonnes. C’est de l’acier. L'atomium est composé de neuf sphères reliées entre elles qui ont chacune un diamètre de 18 mètres et une masse de 250 tonnes.

Représentation : l’Atomium représente la maille du cristal de fer avec une structure cubique centré, les neuf sphères qui représentent les neuf atomes du cristal de fer(agrandie 165 milliards de fois).

Améliorer le modèles des molécules

Nom de la molécule	Composition en atomes	Formule
Eau	1 atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène	H₂O
Dioxyde de carbone	1 atome de carbone et deux atomes d'oxygène	CO₂
Dioxygène	2 atomes d'oxygène	O₂
Diazote	2 atomes d'azote	N₂
Méthane	1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène	CH₄
Butane	4 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène	C₄H₁₀

Le chiffre est toujours après le symbole de l'atome concerné, et toujours en indice.

La classification périodique

Activité n°4 : Interprétation microscopique des transformations chimiques

Comment interpréter la transformation chimique de la combustion du carbone ?

Bilan	\(\Large\mathrm{carbone+dioxyg\grave{e}ne\rightarrow dioxyde\; de\; carbone}\)
Equation de réaction	\( \Large\mathrm{C+O_{2} \rightarrow CO_{2}}\)
Lecture	Un atome de carbone réagit avec une molécule de dioxygène pour former une molécule de dioxyde de carbone.

On parle d'équation, mais il n'y a pas de égal. L'égalité est entre le nombre et le type d'atomes.

Comment interpréter la transformation chimique de la combustion du méthane ?

Bilan	\(\Large\mathrm{m\acute{e}thane+dioxyg\grave{e}ne\rightarrow dioxyde\; de\; carbone+eau}\)
Equation de réaction	\(\Large\mathrm{CH_{4}+{\color{Red}2 }O_{2} \rightarrow CO_{2}+{\color{Red}2 }H_{2}O}\)
Lecture	Une molécule de méthane réagit avec deux molécules de dioxygène pour former une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d'eau.