Organisation et transformations de la matière
Physique-chimie · 3e
L’essentiel
Ce thème est l'un des quatre du cycle 4 en physique-chimie ; l'ordre dans lequel ton collège l'aborde, et ce qui en est repris en 3e, dépend de l'établissement : il n'existe pas de répartition annuelle officielle, vérifie avec ton professeur ce qui a été traité.
États et changements d'état. La matière existe à l'état solide, liquide ou gazeux. Un changement d'état est une transformation physique : la substance reste la même, seule son organisation change. Pour un corps pur, le changement d'état se fait à température constante : l'eau fond à 0 °C et bout à 100 °C sous la pression atmosphérique normale. La masse se conserve lors d'un changement d'état, mais pas forcément le volume (la glace occupe plus de place que l'eau liquide).
Masse volumique. ρ = m / V. Elle s'exprime en g/cm³ ou en kg/m³ ; celle de l'eau vaut 1 g/cm³, soit 1 000 kg/m³. Un objet dont la masse volumique est inférieure à celle du liquide flotte. Erreur fréquente : confondre masse et masse volumique ; un kilogramme de plumes et un kilogramme de plomb ont la même masse, pas le même volume.
Mélanges et corps purs. Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique ; un mélange en contient plusieurs. Un mélange homogène ne laisse voir qu'une seule phase (eau salée), un mélange hétérogène en montre plusieurs (eau et huile). On sépare les constituants par décantation, filtration, distillation. La solubilité est la masse maximale de soluté que l'on peut dissoudre dans un volume donné de solvant.
Atomes, molécules, ions. L'atome est constitué d'un noyau (protons chargés positivement, neutrons neutres) entouré d'électrons chargés négativement ; il est électriquement neutre. Une molécule est un assemblage d'atomes liés : H2O, CO2, O2, CH4. Un ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a gagné ou perdu des électrons : Na+, Cl-, H+, HO-. Un gain d'électrons donne un ion négatif ; une perte donne un ion positif.
Transformations chimiques. Dans une transformation chimique, des réactifs disparaissent et des produits apparaissent : ce sont de nouvelles espèces. On la décrit par une équation de réaction, équilibrée parce que les atomes se conservent : CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O. La masse totale se conserve (loi de Lavoisier) : la masse des produits est égale à la masse des réactifs qui ont réagi. Une combustion a besoin de trois éléments : un combustible, un comburant (le dioxygène) et une source de chaleur. La combustion complète du carbone produit du dioxyde de carbone ; incomplète, elle produit du monoxyde de carbone, gaz toxique et inodore.
Acides et bases. Le pH mesure l'acidité d'une solution aqueuse sur une échelle de 0 à 14 : 7 est neutre, en dessous la solution est acide (riche en ions H+), au-dessus elle est basique (riche en ions HO-). Diluer un acide rapproche son pH de 7. Tests d'identification à connaître : l'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone ; le sulfate de cuivre anhydre bleuit en présence d'eau ; une flamme produit une petite détonation avec le dihydrogène ; une bûchette incandescente se rallume dans le dioxygène.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| Masse volumique | ρ = m / V, en g/cm³ ou kg/m³ ; l'eau : 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³ |
| Changement d'état d'un corps pur | à température constante ; eau : fusion à 0 °C, ébullition à 100 °C sous pression normale |
| Atome | noyau (protons +, neutrons) entouré d'électrons - ; électriquement neutre |
| Ion | atome ou groupe d'atomes ayant gagné des électrons (ion négatif) ou perdu des électrons (ion positif) |
| pH | de 0 à 14 ; 7 neutre ; acide en dessous, basique au-dessus |
| Conservation de la masse | masse des produits = masse des réactifs consommés (Lavoisier) |
| Test du dioxyde de carbone | l'eau de chaux se trouble |
| Triangle du feu | combustible + comburant (dioxygène) + source de chaleur |
Questions corrigées
1. Un objet a une masse de 54 g et un volume de 20 cm³. Quelle est sa masse volumique ?
Réponse : 2,7 g/cm³
ρ = m / V = 54 / 20 = 2,7 g/cm³. C'est la masse volumique de l'aluminium. Attention à ne pas inverser la division ni multiplier.
2. Un glaçon de 30 g fond complètement dans un verre vide. Quelle est la masse de l'eau liquide obtenue ?
Réponse : Exactement 30 g
Un changement d'état conserve la masse : ce sont les mêmes molécules d'eau, seulement organisées autrement. Le volume, lui, diminue.
3. L'ion chlorure Cl- est un atome de chlore qui a…
Réponse : gagné un électron
Un électron porte une charge négative : en gagner un rend l'atome négatif. Les protons restent dans le noyau et ne bougent pas lors d'une réaction chimique.
4. Au cours d'une transformation chimique, qu'est-ce qui se conserve toujours ?
Réponse : La masse totale et le nombre d'atomes de chaque sorte
Les atomes se réarrangent en de nouvelles molécules, mais aucun n'apparaît ni ne disparaît : la masse totale est donc conservée. Les molécules, elles, changent.
5. On verse de l'eau dans une solution de pH 3. Comment évolue le pH ?
Réponse : Il augmente en se rapprochant de 7
Diluer un acide le rend moins acide : le pH se rapproche de 7 sans jamais le dépasser. Il ne peut pas devenir basique par simple ajout d'eau.
6. Quel test permet de montrer qu'un gaz est du dioxyde de carbone ?
Réponse : L'eau de chaux se trouble
Le trouble de l'eau de chaux est le test du CO2. Le sulfate de cuivre anhydre détecte l'eau, la bûchette le dioxygène, la détonation le dihydrogène.
7. Dans l'équation CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O, combien de molécules d'eau se forment pour une molécule de méthane consommée ?
Réponse : 2
Le coefficient 2 devant H2O indique deux molécules d'eau par molécule de méthane. Les 4 atomes d'hydrogène du méthane se retrouvent dans ces 2 molécules d'eau.
8. Lequel de ces mélanges est homogène ?
Réponse : Eau sucrée
Un mélange homogène ne laisse voir qu'une seule phase à l'œil nu : le sucre dissous est invisible. Dans les trois autres, on distingue plusieurs constituants.
S’entraîner
Des exercices neufs à chaque séance, avec correction, sur l’application du 3e (elle fonctionne sans connexion).
Ouvrir cette notion dans le cahier de 3e