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812ba5e8b0
@ -313,25 +313,25 @@ Dans le tableau~\vref{tab-molecs-models-formules}, j'ai opté pour une représen
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\end{table}
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{tab-molecs-models-formules-liaisons}
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\begin{tabular}{m{7em} m{7em} m{15em}}
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Méthane & ${ {CH}_{4} }$ & \chemfig{H-C(-[2]H)(-[6]H)-H} \\
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Méthane & \chemform{CH_4} & \chemfig{H-C(-[2]H)(-[6]H)-H} \\
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\hline
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Butane & \chemform{C_4H_{10}} & \chemfig{H-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-H} \\
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\hline
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Butane & ${ {C}_{4}{H}_{10} }$ & \chemfig{H-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-H} \\
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\hline\hline
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\end{tabular}
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\caption{Quelques molécules chimiques et leur modèle éclaté avec différentes liaisons entre atomes. 2}
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\end{center}
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\end{table}
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\subsubsection*{Un peu hors programme ...}
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\subsubsection*{Un peu hors programme\dots{}}
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... mais bon à savoir quand même pour votre culture générale. Ci-après les deux représentations montrent un tueur de masse, l'éthanol qui est appelé couramment " alcool " et qui se trouve dans toutes les boissons alcoolisées du commerce quelque soit leur degré d'alcoolémie (leur quantité d'alcool) ou des bouteilles qui viennent d'un lointain passé faite par un bouilleur de crû. La réglementation est très sévère concernant la fabrication, la consommation et le transport de cette substance. Chaque année, entre accidents de la route (car l'alcool est l'un des facteurs le plus présent dans les accidents mortels routiers), violences (conjugales ou autres) et maladies liées à l'absorption d'éthanol ce sont près de 49000 personnes en 2016 (chiffres de l'INSEE) qui en sont mortes.
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\dots{}mais bon à savoir quand même pour votre culture générale. Ci-après les deux représentations montrent un tueur de masse, l'éthanol qui est appelé couramment «~alcool~» et qui se trouve dans toutes les boissons alcoolisées du commerce, quel que soit leur degré d'alcoolémie (leur quantité d'alcool) ou des bouteilles qui viennent d'un lointain passé faite par un bouilleur de crû. La réglementation est très sévère concernant la fabrication, la consommation et le transport de cette substance. Chaque année, entre accidents de la route (car l'alcool est l'un des facteurs le plus présent dans les accidents mortels routiers), violences (conjugales ou autres) et maladies liées à l'absorption d'éthanol, ce sont près de \num{49000} personnes en 2016 (chiffres de l'INSEE) qui en sont mortes.
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{tab-molec-ethanol}
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\begin{tabular}{c c}
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@ -341,53 +341,52 @@ Dans le tableau~\vref{tab-molecs-models-formules}, j'ai opté pour une représen
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\end{center}
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\end{table}
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\subsection{Une nouvelle espèce chimique identifiée au XIXe siècle : les Ions} \label{sec:ions}
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\subsection{Une nouvelle espèce chimique identifiée au XIX\ieme{} siècle : les ions} \label{sec:ions}
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\subsubsection{Définition d'un ion}
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\textbf{ Un ion est un atome ou un morceau de molécule auquel on a ajouté ou auquel on a retiré un ou plusieurs électrons. Les ions peuvent être positifs ou négatifs, ils peuvent aussi être formés à partir d'un atome seul (ce sera un ion monoatomique) ou d'un groupe d'atomes (ce sera un ion polyatomique).}
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\textbf{Un ion est un atome ou un morceau de molécule auquel on a ajouté ou auquel on a retiré un ou plusieurs électrons. Les ions peuvent être positifs ou négatifs, ils peuvent aussi être formés à partir d'un atome seul (ce sera un ion monoatomique) ou d'un groupe d'atomes (ce sera un ion polyatomique).}
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Exemples d'ions : ${ {Cu}^{2+} \quad {SO}_{4}^{2-} \quad {NH}_{4}^{+} \quad {Cl}^{-} }$
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Exemples d'ions : \hspace{5mm} \chemform{Cu^{2+}} \hspace{5mm} \chemform{SO_4^{2-}} \hspace{5mm} \chemform{NH_4^+} \hspace{5mm} \chemform{Cl^-}
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\subsubsection{Les ions positifs ou cations}
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Les cations sont des ions positifs car ils ont perdu un électron ou des électrons par rapport à l'atome ou la molécule originelle. Ces ions sont suivis d'un " + " en exposant.
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Les cations sont des ions positifs car ils ont perdu un ou plusieurs électrons par rapport à l'atome ou la molécule originelle. Ces ions sont suivis d'un \texttt{+} en exposant.
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Exemples :
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\begin{itemize}
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\item l'ion cuivre II ${ {Cu}^{2+} }$. L'écriture montre que cet ion est issu d'un atome de cuivre ${Cu}$, le " 2+ " signifie qu'il lui manque 2 électrons car 2 de ses protons n'ont pas leur charge électrique annulée par la présence d'un électron, la charge globale est donc positive, 2 fois.
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\item l'ion sodium : ${ {Na}^{+} }$. L'ion sodium (Natrium en latin) est issu d'un atome de sodium ${ {Na}^{+} }$ , le " + " signifie qu'il lui manque 1 électron car 1 de ses protons n'a plus de charge électrique annulée par la présence de cet électron, la charge globale est donc positive.
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\item l'ion cuivre II \chemform{Cu^{2+}}. L'écriture montre que cet ion est issu d'un atome de cuivre \chemform{Cu}. Le \texttt{2+} signifie qu'il lui manque deux électrons car deux de ses protons n'ont pas leur charge électrique annulée par la présence d'un électron. La charge globale est donc positive, deux fois.
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\item l'ion sodium : \chemform{Na^+}. L'ion sodium (Natrium en latin) est issu d'un atome de sodium \chemform{Na}. Le \texttt{+} signifie qu'il lui manque un électron car un de ses protons n'a plus de charge électrique annulée par la présence de cet électron, la charge globale est donc positive.
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\end{itemize}
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\begin{table}[H]
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\begin{figure}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{Be-Be2+}
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\begin{tabular}{c c}
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Atome de Béryllium \textit{Be} & Ion Béryllium 2+ ${ {Be}^{2+} }$ \\
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Atome de Béryllium \chemform{Be} & Ion Béryllium 2+ \chemform{Be^{2+}} \\
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\includegraphics[scale=0.5]{img-atom-Be.png} & \includegraphics[scale=0.5]{img-ion-Be2plus.png} \\
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\end{tabular}
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\caption{Tableau comparatif de l'atome de \textit{Be} et de l'ion ${ {Be}^{2+} }$}
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\caption{\label{fig:Be-Be2+}Tableau comparatif de l'atome de \chemform{Be} et de l'ion \chemform{Be^{2+}}}
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\end{center}
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\end{table}
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\end{figure}
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Dans l'image $ \uparrow $ l'atome Be $\longrightarrow$ $Be^{2+}$, $Be^{2+}$ contient toujours 4 $\oplus$ mais n'a plus que 2 $\overline{e}$ : ${ 4 \ \oplus + 2 \ \overline{e} = 2 \ \oplus }$ ce qui se traduit par le "2+" dans l'écriture $Be^{2+}$.
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Dans la figure~\vref{fig:Be-Be2+}, par rapport à l'atome Be, l'ion \chemform{Be^{2+}} contient toujours quatre protons ($\oplus$) mais n'a plus que deux électrons ($\overline{e}$) : ${ 4\,\oplus + 2\,\overline{e} = 2\, \oplus }$ ce qui se traduit par le \texttt{2+} dans l'écriture \chemform{Be^{2+}}.
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\subsubsection{Les ions négatifs ou anions}
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Les anions sont des ions négatifs car ils ont gagné un électron ou des électrons par rapport à l'atome ou la molécule originelle. Ces ions sont suivis d'un " -- " en exposant.
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Les anions sont des ions négatifs car ils ont gagné un électron ou des électrons par rapport à l'atome ou la molécule originelle. Ces ions sont suivis d'un \texttt{-} en exposant.
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Exemples :
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\begin{itemize}
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\item l'ion sulfate : ${ {SO}_{4}^{2-} }$. L'ion sulfate est composé d'un atome de soufre (S) et de 4 atomes d'oxygène (${ {O}_{4} }$) et le ${ ^{2-} }$ indique que ce groupe formé de 5 atomes a un ajout de 2 électrons en trop. Cet ion est polyatomique ou moléculaire. Ces deux électrons n'ont pas de protons pour les annuler, aussi la charge globale est négative, 2 fois.
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\item l'ion Chlorure : ${ {Cl}^{-} }$. L'ion chlorure est constitué à partir d'un atome de Chlore (Cl). Cet atome se voit ajouté un électron supplémentaire ce qui se voit car il y a présence du symbole ${^{-}}$ après le symbole. Cet électron supplémentaire n'a pas de proton qui va annuler sa charge, donc il y a une charge négative visible globalement. Cet ion est un ion monoatomique car fabriqué à partir d'un seul et unique atome.
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\item l'ion sulfate : \chemform{SO_4^{2-}}. L'ion sulfate est composé d'un atome de soufre (S) et de quatre atomes d'oxygène (\chemform{O_4}) et le \chemform{^{2-}} indique que ce groupe formé de cinq atomes a un ajout de deux électrons en trop. Cet ion est polyatomique ou moléculaire. Ces deux électrons n'ont pas de protons pour les annuler, aussi la charge globale est négative, deux fois.
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\item l'ion Chlorure : \chemform{Cl^-}. L'ion chlorure est constitué à partir d'un atome de Chlore (Cl). Cet atome se voit ajouté un électron supplémentaire, et on l'indique par la présence du symbole \chemform{^{-}} après le symbole. Cet électron supplémentaire n'a pas de proton qui va annuler sa charge, donc il y a une charge négative visible globalement. Cet ion est un ion monoatomique car fabriqué à partir d'un seul et unique atome.
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\end{itemize}
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\subsubsection{Les solutions ioniques et leurs propriétés}
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Les substances ioniques viennent généralement d'un corps solide (une poudre appelée très souvent "sels" ). Ces substances étant des molécules avant d'être dissoutes, elles sont par définition globalement neutres. Du coup, quand ces molécules sont détruites pour former les ions, il se forme des ions positifs ET des ions négatifs en quantité suffisantes les uns par rapport aux autres de façon à ce que les charges électriques s'annulent si on les compte toutes. Aussi on en tire un principe fort qui est le principe \textbf{d'électroneutralité d'une solution ionique}.
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Les substances ioniques viennent généralement d'un corps solide (une poudre appelée très souvent \emph{sels}). Ces substances étant des molécules avant d'être dissoutes, elles sont par définition globalement neutres. Du coup, quand ces molécules sont détruites pour former les ions, il se forme des ions positifs \emph{et} des ions négatifs en quantité suffisantes les uns par rapport aux autres de façon à ce que les charges électriques s'annulent si on les compte toutes. Aussi on en tire un principe fort qui est le principe \textbf{d'électroneutralité d'une solution ionique :}
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\begin{quote}
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\textbf{Toutes les solutions ioniques sont globalement neutre, l'addition de toutes les charges des ions positifs et négatifs s'y annulent.}
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\textbf{toutes les solutions ioniques sont globalement neutres, l'addition de toutes les charges des ions positifs et négatifs s'y annulent.}
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\end{quote}
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\paragraph{Conductivité des solutions ioniques}
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@ -396,86 +395,83 @@ Les solutions ioniques ont aussi d'autres propriétés : elles conduisent le cou
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-condu-sol-ioniq}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-condu-sol-ioniq.png}
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\caption{Expérience de conductivité pour les solutions ioniques.}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-condu-sol-ioniq.png}
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\caption{\label{fig:exp-condu-sol-ioniq}Expérience de conductivité pour les solutions ioniques.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans cette expérience l'ampèremètre va indiquer une intensité différente de 0 A ce qui sera signe du passage de courant électrique dans la solution ionique. La conductivité s'exprime en S/m ( \textit{Siemens par mètre} ) et dépend de plusieurs facteurs : la nature du solvant, la température, la taille des ions, la concentration du soluté, etc...
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Dans cette expérience, l'ampèremètre va indiquer une intensité différente de \SI{0}{\ampere}, ce qui sera signe du passage de courant électrique dans la solution ionique (figure~\vref{fig:exp-condu-sol-ioniq}). La conductivité s'exprime en \si{\siemens/\meter} (Siemens par mètre) et dépend de plusieurs facteurs : la nature du solvant, la température, la taille des ions, la concentration du soluté, etc.
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\paragraph{Les ions se déplacent !}
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Dans une solution ionique soumise à une tension électrique on voit les ions migrer (lentement et subtilement), cette expérience le montre :
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Dans une solution ionique soumise à une tension électrique, on voit les ions migrer (lentement et subtilement), comme le montre l'expérience de la figure~\vref{fig:exp-migration}.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-migration}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-migration-ions-tubeU.png}
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\caption{Une expérience de migration ionique dans un tube en U.}
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\caption{\label{fig:exp-migration}Une expérience de migration ionique dans un tube en U.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans cette expérience les quatre ions étaient tous mélangés (violets et bleus avec le marron clair du gel agar-agar qui est un gel végétal gélatineux, voir \ref{exp-migration} à gauche de l'image) et après quelques minutes ou quelques heures d'exposition à une tension électrique faible, et l'aide d'acide sulfurique ${ {H}_{2}{SO}_{4} }$ pour assurer la conduction électrique est observée une coloration à chaque extrémité des solutions, du côté de l'électrode positive (à gauche) c'est la couleur orange qui est visible, donc les ions négatifs et du côté de l'électrode négative, ce sont les ions positifs qui sont perçus. (voir \ref{exp-migration} à droite de l'image).
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Dans cette expérience, les quatre ions étaient tous mélangés (violets et bleus avec le marron clair du gel agar-agar, qui est un gel végétal gélatineux, voir sur la figure~\vref{fig:exp-migration} à gauche de l'image) et après quelques minutes ou quelques heures d'exposition à une tension électrique faible, et l'aide d'acide sulfurique \chemform{H_2SO_4} pour assurer la conduction électrique, est observée une coloration à chaque extrémité des solutions. Du côté de l'électrode positive (à gauche) c'est la couleur orange qui est visible, donc les ions négatifs et du côté de l'électrode négative, ce sont les ions positifs qui sont perçus. (figure~\vref{fig:exp-migration} à droite de l'image).
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\begin{quotation}
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\textbf{Dans une migration ionique, les ions positifs sont attirés vers l'électrode négative et les ions négatifs sont attirés vers l'électrode positive.}
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\end{quotation}
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\subsubsection{Tests de reconnaissance des ions}
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Pour reconnaître les ions dans une solution on procède à un test de reconnaissance des ions. Ces manipulations sont basées sur un principe simple : certains ions sont incompatibles en solution, dès qu'ils se rencontrent alors on obtient un \textbf{précipité\footnote{Un précipité est une poudre solide en suspension d'aspect fin ou floconneux qui s'utilise en chimie pour séparer des constituants ou pour reconnaître des substances par réaction de précipitation.} solide}, la couleur, l'aspect et les propriétés de ces précipités permettent de savoir quel est l'ion testé. Le schéma suivant montre une façon de procéder, le tableau qui suit donne la liste des tests vus au collège. Notez que pour procéder au test cela se fait uniquement avec une petite partie de la solution d'origine sinon toute la substance est perdue.
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Pour reconnaître les ions dans une solution, on procède à un test de reconnaissance des ions. Ces manipulations sont basées sur un principe simple : certains ions sont incompatibles en solution. Dès qu'ils se rencontrent, on obtient un \textbf{précipité\footnote{Un précipité est une poudre solide en suspension d'aspect fin ou floconneux, qui s'utilise en chimie pour séparer des constituants ou pour reconnaître des substances par réaction de précipitation.} solide}. La couleur, l'aspect et les propriétés de ces précipités permettent de savoir quel est l'ion testé. La figure~\vref{fig:image-test-ions} montre une façon de procéder. Le tableau~\vref{tab:test-ions} donne la liste des tests vus au collège. Attention, certains précipités sont de la même couleur, donc pour eux le test de reconnaissance s'effectue en plusieurs étapes. Notez que l'on procède au test uniquement avec une petite partie de la solution d'origine, sinon toute la substance est perdue!
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\begin{figure}[H]
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\begin{figure}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{image-test-ions}
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\includegraphics[scale=0.75]{exp-test-ions.png}
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\caption{Montage de test des ions.}
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\caption{\label{fig:image-test-ions}Montage de test des ions.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Le tableau suivant montre les tests des ions vus en cours. Attention : certains précipités sont de la même couleur donc pour eux le test de reconnaissance s'effectue en plusieurs étapes.
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\begin{table}[H]
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\label{tab-test-ions}
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\begin{tabular}{m{6em} | m{7em} | m{26em}}
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nom de l'ion & produit de test & résultat à observer \\
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\begin{table}[!htbp]
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| m{7em} | m{8em} | m{26em} |}
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\textbf{nom de l'ion} & \textbf{produit de test} & \textbf{résultat à observer} \\
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ion chlorure ${{Cl}^{-}}$ & nitrate d'argent ${ {AgNO}_{3} }$ & on observe un précipité blanc de chlorure d'argent ${{AgCl}}$ qui va griser s'il est exposé à une grosse quantité de lumière (particules d'argent \textit{Ag} et présence de dichlore ${{Cl}_{2}}$ qui peut être dangereux si la concentration est trop forte \\
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ion chlorure \chemform{Cl^-} & nitrate d'argent \chemform{AgNO_3} & on observe un précipité blanc de chlorure d'argent \chemform{AgCl} qui va griser s'il est exposé à une grosse quantité de lumière (particules d'argent \chemform{Ag} et présence de dichlore \chemform{Cl_2} qui peut être dangereux si la concentration est trop forte) \\
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ion cuivre II ${{Cu}^{2+}}$ & hydroxyde de sodium ${ {HO}^{-} }$ & on observe un précipité bleu / bleu turquoise floconneux d'hydroxyde de cuivre \\
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ion cuivre II\newline{} \chemform{Cu^{2+}} & hydroxyde de sodium \chemform{HO^-} & on observe un précipité bleu / bleu turquoise floconneux d'hydroxyde de cuivre \\
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ion fer II ${{Fe}^{2+}}$ & hydroxyde de sodium ${ {HO}^{-} }$ & on observe un précipité vert foncé ou vert morve d'hydroxyde de fer II à l'aspect floconneux qui vire à l'orange à la surface (contact avec le dioxygène de l'air) \\
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ion fer II \chemform{Fe^{2+}} & hydroxyde de sodium \chemform{HO^-} & on observe un précipité vert foncé ou vert morve d'hydroxyde de fer II à l'aspect floconneux qui vire à l'orange à la surface (contact avec le dioxygène de l'air) \\
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ion fer III ${{Fe}^{3+}}$ & hydroxyde de sodium ${ {HO}^{-} }$ & on observe un précipité orange-marron floconneux d'hydroxyde de fer III \\
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ion fer III \chemform{Fe^{3+}} & hydroxyde de sodium \chemform{HO^-} & on observe un précipité orange--marron floconneux d'hydroxyde de fer III \\
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ion zinc ${{Zn}^{2+}}$ & hydroxyde de sodium ${ {HO}^{-} }$ & on observe précipité blanc floconneux d'hydroxyde de zinc qui reste stable même en ajoutant beaucoup d'hydroxyde de sodium en plus. \\
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ion zinc \chemform{Zn^{2+}} & hydroxyde de sodium \chemform{HO^-} & on observe précipité blanc floconneux d'hydroxyde de zinc qui reste stable même en ajoutant beaucoup d'hydroxyde de sodium en plus. \\
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ion aluminium\newline{} \chemform{Al^{3+}} & hydroxyde de sodium \chemform{HO^-} & on observe un précipité blanc floconneux d'hydroxyde d'aluminium qui disparaît quand on ajoute plus d'hydroxyde de sodium \\
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ion aluminium ${{Al}^{3+}}$ & hydroxyde de sodium ${ {HO}^{-} }$ & on observe un précipité blanc floconneux d'hydroxyde d'aluminium qui disparaît quand on ajoute plus d'hydroxyde de sodium \\
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\end{tabular}
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\caption{Quelques tests de reconnaissance d'ions}
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\end{table}
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\caption{\label{tab:test-ions}Quelques tests de reconnaissance d'ions}
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\end{table}
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Dans le cas de certains ions comme l'ion hydrogène aqueux ou l'ion hydroxyde (qui sont les " signatures " des substances acides et des substances basiques) on n'utilisera pas un réactif de test mais un appareil de mesure comme le pH-mètre.
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Dans le cas de certains ions comme l'ion hydrogène aqueux ou l'ion hydroxyde (qui sont les \emph{signatures} des substances acides et des substances basiques), on n'utilisera pas un réactif de test mais un appareil de mesure comme le pH-mètre (tableau~\vref{tab:hydro-hydroxy})
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{center}
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\label{tab-hydro-hydroxy}
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\begin{tabular}{m{12em} | m{7em} | m{20em} }
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nom de l'ion (aqueux) & méthode de test & résultat à observer \\
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\begin{tabular}{|m{12em} | m{8em} | m{20em} |}
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\hline
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\textbf{nom de l'ion (aqueux)} & \textbf{méthode de test} & \textbf{résultat à observer} \\
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\hline\hline
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ion hydrogène (hydronium) \newline ${ {H}^{+} }$ ( ${ {H}_{3}{O}^{+} }$ ) & pHmètre & Le pHmètre doit indiquer un résultat inférieur strictement à 7. \\
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ion hydrogène (hydronium) \newline \chemform{H^+} (\chemform{H_3O^+}) & pHmètre & Le pHmètre doit indiquer un résultat inférieur strictement à 7. \\
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ion hydroxyde \newline ${ {HO}^{-} }$ & pHmètre & Le pHmètre doit indiquer un résultat strictement supérieur à 7. \\
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ion hydroxyde \newline \chemform{HO^-} & pHmètre & Le pHmètre doit indiquer un résultat strictement supérieur à 7. \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{Tableau récapitulatif des tests des ions ${ {H}^{+} }$ et ${ {HO}^{-} }$}
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\caption{\label{tab:hydro-hydroxy}Tableau récapitulatif des tests des ions \chemform{H^+} et \chemform{HO^-}.}
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\end{center}
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\end{table}
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\section{À l'échelle humaine}
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L'échelle humaine ira dans ce document de la taille d'un micromètre (mais en réalité d'un millimètre) à 100 km, ce qui veut dire de ${{10}^{-6}}$ m à ${{10}^{+5}}$ m. Ce sont des choses qui sont touchables avec vos mains, ou visibles à l'oeil nu ou encore imaginables à votre âge. Ces choses font partie de notre quotidien et elles sont donc tout à fait représentables et facilement comparables les unes des autres.
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L'échelle humaine ira dans ce document de la taille d'un micromètre (mais en réalité d'un millimètre) à \SI{100}{\kilo\meter}, ce qui veut dire de \SI{e-6}{\meter} à \SI{e5}{\meter}. Ce sont des choses qui sont touchables avec vos mains, ou visibles à l'\oe{}il nu ou encore imaginables à votre âge. Ces choses font partie de notre quotidien et elles sont donc tout à fait représentables et facilement comparables les unes avec les autres.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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@ -488,47 +484,49 @@ L'échelle humaine ira dans ce document de la taille d'un micromètre (mais en r
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\subsection{La notion de corps pur}
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\begin{quotation}
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\textbf{Un corps est pur s'il n'est composé que d'atomes ou de molécules identiques. Extérieurement il est homogène (mais pas forcément régulier) et ne montre pas de différences visibles (mais ce n'est pas une condition suffisante).}
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\textbf{Un corps est pur s'il n'est composé que d'atomes ou de molécules identiques. Extérieurement, il est homogène (mais pas forcément régulier) et ne montre pas de différences visibles (mais ce n'est pas une condition suffisante).}
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\end{quotation}
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Cela signifie que dès qu'une molécule \emph{différente} est présente et mélangée avec un groupe d'autres molécules identiques alors ce corps n'est plus pur. \textit{Notez le paradoxe d'utiliser une échelle nanoscopique pour décrire une notion à échelle humaine.}
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Cela signifie que dès qu'une molécule \emph{différente} est présente et mélangée avec un groupe d'autres molécules identiques alors ce corps n'est plus pur. Notez qu'il est paradoxal de se placer à échelle nanoscopique pour décrire une notion à échelle humaine.
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\subsubsection{La masse volumique d'un corps pur solide}
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\label{masse-volumique}
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\begin{quote}
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\textbf{La masse volumique ${{\rho}}$ d'un corps pur homogène est le rapport de sa masse "m" par son volume "V" ce qui se traduit par la formule mathématique suivante :}
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\textbf{La masse volumique ${{\rho}}$ d'un corps pur homogène est le rapport de sa masse $m$ par son volume $V$, ce qui se traduit par la formule mathématique suivante :}
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\end{quote}
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\begin{equation}
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\boxed{ {\rho} = \dfrac{m}{V} }
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\end{equation}
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À partir du moment où un corps est pur et qu'il est homogène (c'est à dire sans bulles à l'intérieur) on peut le séparer des autres corps aussi en utilisant leur masse volumique et en utilisant la formule :
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À partir du moment où un corps est pur et qu'il est homogène (c'est à dire sans bulles à l'intérieur par exemple), on peut le séparer des autres corps aussi en utilisant leur masse volumique et en utilisant la formule :
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\begin{equation}
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\boxed{ {m} = {\rho} \times {V} }
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\end{equation}
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L'unité de ces lettres sont différentes suivant qu'on est en chimie ou en physique, d'habitude on exprimera les unités d'après celles écrites dans ce tableau (on peut en choisir d'autres notamment en physique le gramme-par-centimètre-cube $g / cm^3$ ) :
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Les unités de ces grandeurs ($m$, $\rho$ et $V$) sont différentes suivant que l'on est en chimie ou en physique. D'habitude, on exprimera les unités d'après celles écrites dans le tableau~\vref{tab:unit-mass-volq} (on peut en choisir d'autres, notamment en physique le gramme par centimètre cube \si{\gram/\centi\meter^3}).
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{tab-unit-mass-volq}
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\begin{tabular}{ m{10em} | m{5em} | m{10em} | m{10em} }
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Nom de la grandeur & lettre de la formule & unité en physique & unité en chimie \\
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| m{10em} | m{5em} | m{10em} | m{10em} |}
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\hline
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\textbf{Nom de la grandeur} & \textbf{lettre de la formule} & \textbf{unité en physique} & \textbf{unité en chimie} \\
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\hline\hline
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masse & m & kilogramme & gramme \\
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\hline
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volume & V & mètre-cube & Litre \\
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\hline
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masse volumique & ${ \rho }$ & kilogramme par mètre-cube & gramme par litre \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{Les unités de masse volumique}
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\caption{\label{tab:unit-mass-volq}Les unités de masse volumique}
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\end{center}
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\end{table}
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Notez que ${1 kg/L = 1 g/mL = 1 g/cm^{3}}$. On peut aussi utiliser la masse volumique pour les liquides, mais, par habitude, on va lui associer la notion du paragraphe suivant à savoir la \emph{densité}.
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Notez que $\SI{1}{\kilo\gram/\liter} = \SI{1}{\gram/\milli\liter} = \SI{1}{\gram/\centi\meter^3}$. On peut aussi utiliser la masse volumique pour les liquides, mais par habitude on va lui associer la notion de \emph{densité}.
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\subsubsection{La densité d'un liquide} \label{densite}
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@ -536,83 +534,94 @@ Notez que ${1 kg/L = 1 g/mL = 1 g/cm^{3}}$. On peut aussi utiliser la masse volu
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\textbf{La densité d'un corps est le rapport de la masse volumique de ce corps par la masse volumique de l'eau. La densité se note souvent \emph{d} et n'a pas d'unité.}
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\end{quote}
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En effet la densité " \emph{d} " se calcule à partir de la masse volumique de la substance " ${\rho}$ " et de la masse volumique de l'eau " ${{\rho}_{\ eau}}$ " par la formule ${{d} = \dfrac{\rho}{{\rho}_{\ eau}}}$. La chance est que la masse volumique de l'eau ${{\rho}_{\ eau}} = {1 \ g/L}$, aussi souvent la densité \emph{d} est assimilée directement à la masse volumique " ${\rho}$ " exprimée en gramme-par-litre (g/L) ou ses équivalents à savoir gramme-par-centimètre-cube.
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En effet la densité \emph{d} se calcule à partir de la masse volumique de la substance ${\rho}$ et de la masse volumique de l'eau ${{\rho}_\text{eau}}$ par la formule ${{d} = \rho \div \rho}_\text{\ eau}$. La chance est que la masse volumique de l'eau ${{\rho}_\text{eau}} = \SI{1}{\gram/\liter}$. Ainsi, la densité $d$ est souvent assimilée directement à la masse volumique ${\rho}$ exprimée en gramme par litre \si{\gram/\liter}, ou ses équivalents, à savoir gramme par centimètre cube.
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Si deux liquides ne se mélangent pas, la densité peut être utilisée pour les séparer dans une ampoule à décanter (voir paragraphe) et si un liquide A se place au dessus d'un liquide B cela veut dire que la densité de A est plus faible que la densité de B.
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Si deux liquides ne se mélangent pas, la densité peut être utilisée pour les séparer dans une ampoule à décanter, et si un liquide A se place au dessus d'un liquide B, cela veut dire que la densité de A est plus faible que la densité de B.
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\setlength{\tabcolsep}{1cm}
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%\label{texte du label}
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\begin{tabular}{c c}
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\begin{tabular}{|c|c|}
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\hline
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substance & densité \\
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\textbf{substance} & \textbf{densité} \\
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\hline\hline
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eau & 1 \\
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eau & 1.000 \\
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\hline
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ethanol (éthanol) & 0.798 \\
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ethanol (éthanol) & 0.789 \\
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\hline
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huile & 0.85 \\
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huile de colza & 0.916 \\
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\hline
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Lait & 1,03 \\
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lait & 1,032 \\
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\hline
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\end{tabular}
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%\caption{.. ..}
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\caption{ajouter ici la légende et y faire référence dans le texte}
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\end{center}
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\end{table}1
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\end{table}
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Un exemple : Le pétrole et l'eau ne sont pas miscibles.(voir \ref{miscibilite}) en les mélangeant on obtient 2 phases (le pétrole sur l'eau) car la densité du pétrole est 0,85 et celle de l'eau est 1 (pour l'eau douce) et 1,2 (pour l'eau salée, à vérifier) en moyenne. C'est pour cela que lorsqu'un bateau transportant du pétrole coule ou bien fuit, les " barrages " pour retenir le pétrole sont posés à la surface. C'est aussi pour cela qu'une marée noire est dangereuse : le pétrole à la surface va contaminer les oiseaux qui viennent à la surface de l'eau se nourrir mais aussi le plancton qui sert de nourritures à beaucoup d'animaux marins et par la même les contamine aussi. C'est aussi pour cela qu'on retrouve le pétrole sur les plages par la suite par le jeu de déplacement des marées.
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Par exemple, le pétrole et l'eau ne sont pas miscibles (voir \vref{miscibilite}). En les mélangeant, on obtient deux phases (le pétrole sur l'eau) car la densité du pétrole est 0,85 et celle de l'eau est 1 pour l'eau douce et \num{1,025} en moyenne pour l'eau salée. C'est pour cela que lorsqu'un bateau transportant du pétrole coule ou bien fuit, les \emph{barrages} pour retenir le pétrole sont posés à la surface. C'est aussi pour cela qu'une marée noire est dangereuse : le pétrole à la surface va contaminer les oiseaux qui viennent à la surface de l'eau se nourrir, mais aussi le plancton qui sert de nourriture à beaucoup d'animaux marins, et par la même les contamine aussi. C'est aussi pour cela qu'on retrouve le pétrole sur les plages par la suite par le jeu de déplacement des marées.
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\subsection{Les métaux} \label{metaux}
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Dans le cadre du cours les métaux ont été étudiés car ils possèdent des caractéristiques spéciales par rapport aux autres substances solides. Tous les métaux quand ils sont proprement brossés sont brillants à la surface, c'est un moyen de les reconnaître. De même tous les métaux sont des conducteurs électriques et thermiques. A température ambiante la quasi-totalité des métaux sont à l'état solide (sauf le mercure Hg qui est à l'état liquide d'où son utilisation il y a quelques dizaines d'années dans les thermomètres et il y a plus d'un siècle pour faire briller les chapeaux\footnote{l'utilisation des sels de mercure aurait inspiré le personnage du chapelier fou dans le roman de Lewis Caroll "Alice au pays des merveilles", car à l'époque les chapeliers utilisaient des sels de mercure pour faire briller les chapeaux, les gens travaillant souvent 16h par jour 6 jours sur 7, les vapeurs de ces sels provoquaient à force la folie puis / ou la mort, car le mercure est un neurotoxique connu.}.
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Dans le cadre du cours, les métaux ont été étudiés car ils possèdent des caractéristiques spéciales par rapport aux autres substances solides. Tous les métaux quand ils sont proprement brossés sont brillants à la surface, c'est un moyen de les reconnaître. De même, tous les métaux sont des conducteurs électriques et thermiques. À température ambiante, la quasi-totalité des métaux est à l'état solide (sauf le mercure \chemform{Hg} qui est à l'état liquide, d'où son utilisation il y a quelques dizaines d'années dans les thermomètres et il y a plus d'un siècle pour faire briller les chapeaux\footnote{l'utilisation des sels de mercure aurait inspiré le personnage du chapelier fou dans le roman de Lewis Caroll \emph{Alice au pays des merveilles}, car à l'époque les chapeliers utilisaient des sels de mercure pour faire briller les chapeaux. Les gens travaillant souvent \SI{16}{\hour} par jour 6 jours sur 7, les vapeurs de ces sels provoquaient à force la folie et/ou la mort, car le mercure est un neurotoxique connu.}.
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La particularité électrique de conductivité des métaux est due à la présence d'électrons qui sont peu stabilisés autour du noyau atomique au sein des atomes constituants les métaux. Cette fragilité rend ces électrons facilement mobiles et permet un type de connexion (liaison) entre atomes appelée \underline{\emph{liaison métallique}} dont la particularité est qu'en la reliant à une source de courant électrique elle laisse passer le courant car les électrons issus du courant électrique vont aller se placer à la place des électrons fragilisés, et par ricochet les atomes ayant trop d'électron feront sauter vers l'atome voisin l'électron en trop, etc.. ce qui permet de faire circuler les électrons d'atome en atome à une très grande vitesse et forme... le courant électrique. Ce déplacement de proche en proche est très rapide, de l'ordre de 175 000 km/s. Par contre l'avancée des électrons un à un le long du circuit est très lente (quelques cm/h).
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La particularité de conductivité électrique des métaux est due à la présence d'électrons qui sont peu liés autour du noyau atomique au sein des atomes constituants les métaux. Cette fragilité rend ces électrons facilement mobiles et permet un type de connexion (liaison) entre atomes appelée \emph{liaison métallique}. En reliant un métal à une source de courant électrique, il laisse passer le courant car les électrons issus du courant électrique vont aller se placer à la place des électrons fragilisés, et par ricochet les atomes ayant trop d'électrons feront sauter vers l'atome voisin l'électron en trop, etc. Ceci permet de faire circuler les électrons d'atome en atome à une très grande vitesse et forme\dots{} le courant électrique. Ce déplacement de proche en proche est très rapide, de l'ordre de 175 000 km/s. Par contre l'avancée des électrons un à un le long du circuit est très lente (quelques \si{\centi\meter/\hour)}.
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\begin{quotation}
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\textit{Notez qu'un métal \textsc{est forcément un corps pur} car sinon ce n'est pas un métal mais un alliage.}
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Notez qu'un métal \emph{est forcément un corps pur}, car sinon ce n'est pas un métal mais un alliage.
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\end{quotation}
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\paragraph*{Hors programme : Quelques alliages}
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\paragraph*{Hors programme : quelques alliages}
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Voici quelques exemples d'alliages qu'on trouve souvent dans le commerce sous forme d'objets confectionnés.
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Voici quelques exemples d'alliages que l'on trouve souvent dans le commerce sous forme d'objets confectionnés.
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\begin{itemize}
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\item fonte : fer et de 1,7 à 4 \% de carbone
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\item acier : fer et moins de 2,1 \% de carbone et quelques autres résidus, souvent appelé " Acier carbone ".
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\item acier inoxydable : fer et carbone et nickel et chrome quelquefois molybdène, vanadium ...
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\item bronze : cuivre et étain ; " l'airain " est l'ancien nom du bronze
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\item fonte : fer et de 1,7 à 4\% de carbone
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\item acier : fer et moins de 2,1\% de carbone et quelques autres résidus, souvent appelé \emph{acier carbone}.
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\item acier inoxydable : fer, carbone, nickel et chrome quelquefois molybdène, vanadium\dots{}
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\item bronze : cuivre et étain ; \emph{l'airain} est l'ancien nom du bronze
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\item laiton : cuivre et zinc
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\end{itemize}
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Notez aussi que l'Or métallique (c'est à dire pur) étant mou, tous les bijoux que vous achetez sont en fait un alliage d'Or, de cuivre et d'argent pour le rendre plus dur ou qu'il y ait des nuances de couleur. La pureté de l'Or est exprimée en Carat (ou en 1000e) :
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Notez aussi que l'or métallique (c'est à dire pur) étant mou, tous les bijoux que vous achetez sont en fait un alliage d'or, de cuivre et d'argent pour le rendre plus dur ou qu'il y ait des nuances de couleur (tableau~\vref{tab:couleur_or}). La pureté de l'or est exprimée en carat (ou en 1000\ieme{}) (tableau~\vref{tab:or_commercial}).
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\begin{table}[H]
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\begin{tabular}{ c | c c c }
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Nom commercial & \% d'Or & nb. de carat & nb. de 1000e \\
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\setlength{\tabcolsep}{5mm}
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\begin{tabular}{|c | c c c|}
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\hline
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\textbf{Nom de l'alliage} & \% \textbf{Or jaune} & \% \textbf{argent} & \% \textbf{cuivre} \\
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\hline\hline
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Or jaune & 75 & 12,5 & 12,5 \\
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Or blanc & 75 & 25 & 0\\
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Or rose & 75 & 5 & 20 \\
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Or rouge & 75 & 0 & 25 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:couleur_or}Pourcentages et composition des différents ors utilisés en bijouterie, notez que pour l'or blanc il y a un peu de palladium ajouté à l'or et à l'argent.}
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\end{center}
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\end{table}
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\begin{table}[!htbp]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\setlength{\tabcolsep}{5mm}
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\begin{tabular}{| c | c c c |}
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\hline
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\textbf{Nom commercial} & \% \textbf{d'or} & \textbf{nb. de carat} & \textbf{nb. de 1000\ieme{}} \\
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\hline\hline
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Or pur & 100 \% & 24 & 999 \\
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Or & 75 \% & 18 & 750 \\
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Or & 58,5 \% & 14 & 585 \\
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Or & 37,5 \% & 9 & 375 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{Quelques puretés de l'or commercial source : \url{https://fr.wikipedia.org/wiki/Alliage\# Exemples}}
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\caption{\label{tab:or_commercial}Quelques puretés de l'or commercial. source : \url{https://fr.wikipedia.org/wiki/Alliage\# Exemples}}
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\end{center}
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\end{table}
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\begin{tabular}{c | c c c}
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Nom de l'alliage & \% Or jaune & \% argent & \% cuivre \\
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\hline
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Or jaune & 75 \% & 12,5 \% & 12,5 \% \\
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Or blanc & 75 \% & 25 \% & 0\\
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Or rose & 75 \% & 5 \% & 20 \% \\
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Or rouge & 75 \% & 0 & 25 % \\
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\end{tabular}
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\caption{Pourcentages et composition des différents ors utilisés en bijouterie, notez que pour l'or blanc il y a un peu de palladium ajouté à l'or et à l'argent.}
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\end{center}
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\end{table}
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\subsection{Les mélanges}
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