TPE SUR LES GAZ (chimie)

« QUELQUES AUTRES PROPRIÉTÉS DES GAZ LA CONDUCTJVrrt les gaz conduis ent très peu l'électricité , à l'except ion 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 MISCIBIUTt 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 US SOUDES 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 contiennen~ naturellement ou non , du gaz carbon ique.

lorsque la boute ille 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 surpres sion qui a les conséquences que l'on connaît en ouvrant la bouteille .

De même, 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 di hydrogène peut se stocker en étant absorbé dans un alliage de fer et de titane :on dissout ainsi 120 kg de di hydrogène par m ' d'alliage .

• enfin, les gazaddes njetispar 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 forêts .

LA COMPRESSIBIUTt Puisque les gaz sont principalement compo sé s 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 son~ 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 compressibil ité 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.

L'HYDROGÙIE ET US tlOIUS l'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'Univers ; on le trouve sous la forme d 'une molécule de dihydrogène (H,.

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 e~ 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 .

!: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'OXYGÙIE ET SES RL\CTlONS C'est Antoine lavoi s ier qui a véritablement établi la nature de l'oxygène , en 1775 .

À l'état gazeu x.

on le trouve le plus souvent sous sa forme diatomique, le dioxyg ène ( 0 ,).

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

Présent à raison de 20% dans l'atmo sphère , 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 d égageant de l'énergie (sous forme de lumière et de chaleur, comme la fusion ).

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

·!: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 grace 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 rougeatres .

• 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 oxydé s au cœur des cellules afin de produire de l'énergie .

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

Lfs GAI NOBUS Auss i 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.

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

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

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

les phares des voitures sont parfoi s équipés de lampes au xénon ; c'est lui qui produit une lumière bleue-blanche intense , lors du passage d'un arc électr ique (une étincelle permanente ) dans le gaz.

les ampoules traditionnelles cont iennent .

elles , de l'argon, qui permet au filament de durer plus longtemps.

Enfin le krypton 85 est produit lors de la fission de l'uranium , réaction qui a lieu au sein des réadeurs des centrales nucléains .

Ainsi, durant la guerre froide , les États -Unis surveillaient les activités nucléaires de l'URSS en mesurant la quantité de krypton 85 dans l'atmosphère.

L'AIR ET L"ATMOSPHlRE !:atmosphère est une couche de gaz qui enveloppe la Terre .

Elle est relativement mince {500 km d 'épaisseur) au regard du rayon de cette dernière , 6400 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 d'azote et de méthane .

!:atmosphère contient également de la vapeur d 'eau en suspension , qui provoque des précipitations lorsqu 'elle devient trop abondante .

!:atmosphère est divisée en cinq couches principales .

la troposphère , qui est la plus basse (de 0 à 12 km environ) , est le siège des phénomènes météorologiques que nous connaissons : mouvements des masses d'air , formation des nuages ...

Lorsque l'on s'élève, la température diminue car la Terre est trop loin pour réchauffer la masse d 'air.

En outre, l'air se raréfie, ce qui s 'explique simplement: si les molécules de gaz restent en altitude , c ' est à cause de leur agitation thermique qui les empêche de tomber sous leur propre poids .

Comme il fait de plus en plus froid en altitude, l'agitation thermique devient faible et les molécules on tendance à retomber vers la Terre .

C'est pourquoi les alpinistes emportent de l'oxygène lors de l'ascension de grands sommets.

!:origine de l'atmosphère remonte à 4 ,5 milliards d'années .

lnitialemen~ elle était constituée d 'émanations volcaniques , comme de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone, de soufre et d'azote : elle contenait donc très peu de dioxygène.

Progressivement la Terre s'est refroidie , entraînant la condensation de la vapeur d'eau et la formation des premiers océans ; des organismes ayant recours à la photosynthèse y sont apparus .

dégageant du dioxygène dans l'atmosphère .

lorsque sa quantit é a été suffisante , il y a 400 million s d'années, la vie a pu se développer sur Terre .

LA COUCHE D'OZONE t:ozone est une molécule composée de trois atomes d 'oxygène .

Elle est présente de manière significative {10 parties par million) entre 20 et 50 km d'altitude , où l'action des rayons ultraviolets provenant du Soleil transforme le dioxygène en ozone .

Cette couche nous protège en ne laissant parvenir sur Terre qu'une partie de ces ultraviolets responsables de cancers et d 'affaiblissements du système immunitaire.

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 même phénomène existe au dessus de l'Arctique.

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

Découverts en 1930, ces composés ont été massivement utilisés dans l'industrie à partir des années 1950 , époque où on les pensait peu nuisibles pour l'environnement : on les retrouvait dans l'industrie du froid, dans les extincteurs , dans l'industrie électronique ou encore comme propulseurs dans les bombes aérosols.

Issus de l'activité humaine , ces composés se diffusent sous toutes les latitudes et montent dans la haute atmosphère .

là, les molécules sont transformées par l'action du rayonnement solaire en composés chlorés qui vont détruire les molécules d 'ozone, provoquant un amincissement de la couche.

les CFC ont été interdits dans les années 1990 , mais leur migration étant très lente, on estime que leurs effets se feront encore sentir pendant au moins 70 ans.

lES PLASMAS Le plasma désigne un quatrième état de la matière .

Il ne se rencontre qu'à très haute température , dans les étoiles , ou sur Terre à basse pression.

Ainsi l'ionosphère , située dans la partie supérieure de l'atmosphère, est à 99% constituée d 'un plasma ; les aurons boréales en sont l 'une des manifestations .

les plasmas sont constitués de particules neutres, d 'ions et d'électrons .

La présence dans le gaz de particules chargées lui confère des propriétés remarquables , notamment en présence d'un champ électromagnétique.

Ces gaz sont ainsi émetteurs de lumière (chacun connaît les lampes à plasma).

Ils sont donc utilisé s dans l'éclairage, mais également en microélectronique ou dans les propulseurs spatiaux .. »