LES GAZ (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« QUELQUES AUTRES PROPRIÉTÉS DES GAZ LA CONDUCTIVITt Les gaz conduisent très peu l'électricité , à l'exce ption des plasmas, et il faut de très fortes tensions, comme lors d'un orage, pour qu'ils deviennent conducteurs.

Les gaz sont également mauvais conducteurs de chaleur : on remplit par exemple l'intérieur des double­ vitrages avec de l'argon pour améliorer l'isolation thermique .

LA MISCIBIUrt Ceux qui ont déjà essayé de mélanger de l'eau et de l'huile savent par expérience que tous les liquides ne se mélangent pas facilement entre eux.

Les gaz, au contraire, se mélangent tous quelle que soit leur nature.

Cette propriété résulte de ce que nous avons dit sur les gaz parfaits .

Puisque les molécules ne se « voient » pas, il importe peu à une molécule donnée de « savoir » à quoi ressemble sa voisine.

Ces molécules se déplaçant très rapidement tous les gaz se répandent dans le volume disponible en cohabitant pour donner un mélange , l'atmosphère en étant un parfait exemple.

LA DISSOLUTION DANS L'EAU ET LES SOLIDES Les molécules qui composent les gaz, puisqu 'elles sont petites et éloignées, pénètrent et se déplacent relativement facilement à l'intérieur des liquides mais aussi des solides.

Cette facilité à se dissoudre a plusieurs conséquences, souhaitables ou non .

Énumérons-en quelques-unes : •les sodas, l'eau gazeuse ou encore le champagne sont des liquides qui contiennent , naturellement ou non, du gaz carbonique .

Lorsque la bouteille est au repos le gaz est dissous , mais en secouant la bouteille on le force à s'échapper du liquide: le gaz provoque alors une surpression qui a les conséquences que l'on connaît en ouvrant la bouteille .

De meme , en versant la boisson dans un verre, on peut voir des bulles du gaz initialement emprisonné qui s'échappent vers le haut.

• dans les poumons , l'oxygène traverse les parois des vaisseaux capillaires pour se dissoudre dans le sang et venir se fixer sur des molécules d 'hémoglobine qui l'achemineront vers les différents organes.

En retour celles-ci transporteront du gaz carbonique vers les poumons pour qu'il soit expulsé.

• le dihydrogène peut se stocker en étant absorbé dans un alliage de fer et de titane : on dissout ainsi 120 kg de dihydrogène par m ' d'alliage.

• enfin, les gaz acides rejetés par l'industrie , une fois mélangés à la vapeur d'eau de l'atmosphère, se retrouvent piégés lorsque celle-ci se condense en gouttes d'eau , ce qui donne naissance aux pluies acides très néfastes pour les forets.

lA COMPRESSIBIUrt Puisque les gaz sont principalement composés de vide, ils n'ont pas de volume fixe et on peut facilement les comprimer (réduire leur volume).

Cette propriété est propre aux gaz : les liquides et les solides sont eux, très peu compressibles.

Lorsque la roue d'une bicyclette ou d'une auto rencontre un obstacle, l'air du pneu se comprime et absorbe le choc.

On utilise également la compressibilité de l'air dans les bouteilles de plongée :on oblige une grande quantité d'air à tenir dans un petit volume en augmentant la pression .

On peut ainsi faire tenir l'équivalent de 200 litres d'air dans un volume d'un litre.

cqua.!i!f!iiij l'HYDROGÈNE ET US tTOIUS L'hydrogène est l 'é lément le plus abondant dans l'Univers ; on le trouve sous la forme d 'une molécule de dihydrogène (H2, deux atomes d 'hydrogène) .

Cet élément fut découvert en 1766 par le chimiste anglais Henry Cavendish .

Le français Lavoisier l'a renommé à cause de sa capacité à générer de l'eau en s'associant avec l'oxygène lors d'une réaction explosive : de nombreux accidents eurent lieu lors de l'utilisation d 'hydrogène en présence d'oxygène, comme celui du dirigeable Hindenburg en 1937 .

C'est l'hydrogène qui est au cœur du fonctionnement des étoiles.

Lors de la formation d'une étoile, une énorme quantité d'hydrogène se rassemble et, sous l'effet de sa propre gravitation, se comprime .

La température et la pression s'élèvent suffisamment pour que démarre la réaction de fusion nucléaire : des atomes d'hydrogène , en s'entrechoquant, se combinent pour donner naissance à des atomes d'hélium, plus complexes.

Cette réaction libère une énergie faramineuse sous forme de lumière et de chaleur .

L'hydrogène est également présent en grande quantité dans les nébuleuses, comme celle de la tête de cheval .

Le projet ITER qui s'installera à Cadarache, dans le sud de la France, vise à recréer artificiellement de telles conditions de température et de pression afin d'utiliser l'hydrogène, inépuisable, pour produire de l'électricité .

On envisage également de l'utiliser dans la pile à combustible, pour alimenter les moteurs de véhicules électriques qui pourraient demain remplacer les moteurs à explosion de nos voitures .

l'OXYGÈNE ET SES RtACTIONS C'est Antoine Lavoisier qui a véritablement établi la nature de l'oxygène , en 1775.

À l'état gazeux, on le trouve le plus souvent sous sa forme diatomique, le dioxygène (0 ,).

On le trouve également sous forme d'ozo ne (03) dans les hautes couches de l'atmosphère .

Présent à raison de 20% dans l'atmosphère, le dioxygène est impliqué dans trois réactions majeures .

• La combustion nécessite une température élevée pour démarrer ; c'est elle qui intervient lorsqu'on fait brûler du bois , du papier ou de l 'essence .

Au cours de cette réaction , l'oxygène de l'air s 'associe avec le carbone du combustible pour former du gaz carbonique, ou dioxyde de carbone (CO,) en dégageant de l'énergie (sous forme de lumière et de chaleur, comme la fusion ).

C'est grâce à la combustion que les moteurs à explosion fonctionnent, mais c'est aussi à cause d'elle qu'ils rejettent du gaz carbonique , responsable de l'effet de serre .

• L'oxydation est une réaction au cours de laquelle un composé s'associe avec des atomes d'oxygène pour former un oxyde; l'exemple le plus connu est la rouille , issue d 'une réaction entre le fer et l'oxygène de l'air et accélérée par l'humidité .

C'est grâce à cette réaction que l 'on peut dater l'apparition de l'oxygène dans l 'atmosphère à 2 milliards d'années , car celui -ci a réagi avec le fer contenu dans certaines roches , les rendant rougeâtres.

• La respiration cellulaire est un processus biochimique ayant lieu chez tous les êtres vivants (animaux et végétaux) au cœur de nos cellules.

Des composés organiques (contenant du carbone) sont oxydés au cœur des cellules afin de produ ire de l'énergie .

Cette oxydation consomme de l'oxygène et produit du gaz carbonique, ces gaz étant acheminés vers les cellules par voie sanguine grâce à l'hémoglobine.

LES GAZ NOBUS Aussi appelés gaz rares , en raison de leur faible proport ion dans l'atmosphère, ils sont au nombre de 6 : hélium , néon, argon , krypton , xénon et radon .

Ces éléments sont inertes, c'est-à-dire qu'ils sont très stables et ne réagissent pas avec d'autres éléments.

En effet leur couche électronique externe possède 8 électrons : elle est saturée et ne peut ni recevoir, ni céder des électrons au cours d'une réaction, d'où l'inertie de ces composés .

L'hélium, peu présent dans l'atmosphère , se trouve dans des gisements de gaz naturel ; deuxième gaz le moins dense après l'hydro gène, il sert à gonfler les ballons dirigeables.

Tout le monde connaît le néon, qui produit de la lumière lorsqu 'un courant électrique traverse le tube qui le contient à basse pression .

Chaque gaz noble donne en fait une couleur différente , et des mélanges de gaz permettent d'obtenir d'autres couleurs .

LA COUCHE D'OZONE Les phares des voitures sont parfois L'ozone est une molécule composée équipés de lampes au xénon ; c'est lui de trois atomes d'oxygène.

Elle est qui produit une lumière bleue-blanche présente de manière significative intense , lors du passage d'un arc (10 parties par million) entre 20 et électrique (une étincelle permanente ) 50 km d'altitude , où l'action des dans le gaz.

Les ampoules rayons u ltraviolets provenant du Soleil traditionnelles contiennent, elles, de transforme le dioxygène en ozone.

l'argon, qui permet au filament de Cette couche nous protège en ne durer plus longtemps .

laissant parvenir sur Terre qu'une Enfin le krypton 85 est produit partie de ces ultraviolets responsables lors de la fission de l'uranium , réaction de cancers et d'affaiblissements qui a lieu au sein des réadeurs des du système immunitaire .

centrales nucléaires .

Ainsi, durant la Dans les années 1970 , un « trou » dans cette couche d'ozone a été mis en évidence au dessus de l'Antarctique , trou qui se forme au printemps et s 'agrandit pendant plusieurs mois avant de se réduire.

Le meme phénom ène existe au dessus de l'Arctiqu e.

On impute aujourd'hui ce trou à l'action des chlorofluorocarbures (CFC).

D écouverts en 1930, ces guerre froide , les États-Unis composé s ont été massivement utilisés surveillaient les activités nucléaires dans l'industrie à partir des années de l'URSS en mesurant la quantité 1950 , époque où on les pensait peu de krypton 85 dans l'atmosphère .

nuisibles pour l'environnement : on les retrouvait dans l'indu strie l'AIR ET L'ATMOSPHÈRE du froid , dans les extincteurs , dans L'atmosph ère est une couche de gaz l'industrie é lectronique ou encore qui enveloppe la Terre .

Elle est comme propulseurs dans les relativement mince (500 km bombes aérosols .

Issus de l'activité d'épaisseur) au regard du rayon de cette dernière , 6 400 km environ.

Cette atmosphère nous protège des radiations du Soleil, très puissantes, et permet à la vie de se développer sur Terre.

Sa composition est la suivante: 78,08 % de diazote, 20,95 % de dioxygène , 0,93 % d' argon, 0,03 % de dioxyde de carbone, le reste étant constitué de gaz rares , de monoxyde humaine , ces composés se diffusent d'azote et de méthane.

L'atmosphère sous tout es les latitudes et montent contient également de la vapeur d'eau dans la haute atmosphère .

Là, les en suspension, qui provoque des molécule s sont transformées par précipitations lorsqu'elle devient trop l'action du rayonnement solaire en abondante .

composé s chlorés qui vont détruire 15 L'atmosphère est divisée en cinq les molécules d'ozone , provoquant :ê couches principales .

La troposphère , un amincissement de la couche .

ë~ qui est la plus basse (de 0 à 12 km Les CFC ont été interdits dans les ~ ·~ environ), est le siège des phénomènes années 1990, mais leur migration ~~ ~il météorologiques que nous étant très lente, on estime que leurs "'" ' ;:,_9 1 connaissons : mouvements des masses effets se feront encore sentir pendant "-1 ai .!1! d'air, formation des nuages ...

Lorsque au moins 70 ans.

~~ ~ l'on s'élève , la température diminue .!::: ~ ~ car la Terre est trop loin pour réchauffer lEs PLASMAS ~~ ~ Q.l i la masse d'air.

En outre, l'air se raréfie, Le plasm a désigne un quatrième état "1 ~ §(J ce qui s'explique simplement : si les de la matière .

Il ne se rencontre qu'à ~ ~ 1 molécules de gaz restent en altitude , très haute température, dans les étoiles, ~-~ i c'est à cause de leur agitation ou sur Terre à basse pression.

Ainsi ~ .§ ~ thermique qui les empeche de tomber l'ionosph ère, située dans la partie g~~ sous leur propre poids .

supérieure de l 'atmosphère , est à 99 % ~ ~:s Comme il fait de plus en plus froid en constitué e d'un plasma ; les aurores = '0 '( altitude, l'agitation thermique devient boréales en sont l'une des .!1! 5 ~ ~--= faible et les molécules on tendance à ~~1 retomb er vers la Terre .

C'est pourquoi g ~ -~ les alpinistes emportent de l'oxygène w 9-~ lors de l'ascension de grands sommets.

'N Cl)-.

L'origine de l'atmosphère remonte à s;;;! ti~ : 4,5 milliards d'années .

Initialement , ~~~ elle était constituée d'émanations ~~~ volcaniques, comme de la vapeur oc: d'eau et du dioxyde de carbone, de · W 0> ~ soufre et d 'azote : elle contenait donc manifesta tions.

Les plasmas sont ~~~ ::.

a.~ très peu de dioxygène .

Progressivement constitués de particules neutres, ::..§a la Terre s'est refroidie, entraînant la d'ions et d'électrons.

La présence condensation de la vapeur d'eau dans le gaz de particules chargées lui et la formation des premiers océans ; confère des propriétés remarquables, des organismes ayant recours notamment en présence d'un champ à la photosynthèse y sont apparus, électroma gnétique .

Ces gaz sont ainsi dégageant du dioxygène dans émetteurs de lumière (chacun connaît l'atmosphère.

Lorsque sa quantité les lampes à plasma ).

Ils sont donc a été suffisante, il y a 400 millions utilisés dans l'éclairage , mais également d'années , la vie a pu se développer en microé lectronique ou dans les sur Terre .

propulseu rs spatiaux .. »