Pour les chimistes, la brique la plus élémentaire de la matière est l’atome. S’il est certainement vrai que l’atome peut être divisé en blocs de construction encore plus élémentaires, c’est au niveau de l’atome que les premières propriétés « chimiques » distinctives commencent à apparaître. Il existe de nombreux types d’atomes différents, comme le montre le tableau périodique des éléments, chacun ayant ses propres propriétés chimiques. Les molécules peuvent être assemblées à partir de ces atomes. Les molécules sont des groupes d’atomes maintenus ensemble par des forces appelées liaisons chimiques.

États de la matière

La matière peut être classée en trois états différents :

  • SOLIDE – a un volume défini, une forme définie et est rigide.
  • LIQUIDE – a un volume défini mais pas de forme définie.
  • GAZ – n’a pas de volume distinct, pas de forme distincte et peut être facilement comprimé pour occuper un plus petit volume.
Démo:

  1. Cl2(g), Br2(l), I2(s)
  2. Plongez Br2(l) dans l’azote liquide et fabriquez Br2(s)

Mélanges

Une substance ne contenant qu’un seul type d’atome ou un seul type de molécule est une substance pure. La plupart de la matière qui nous entoure, cependant, est constituée de mélanges de substances pures. L’air, le bois, les roches et la terre sont des exemples de tels mélanges. Les mélanges peuvent être encore classés comme homogènes et hétérogènes.

Mélanges homogènes

Les mélanges homogènes sont uniformément mélangés au niveau atomique ou moléculaire. Ces types de mélanges sont également appelés solutions. Voici quelques exemples de mélanges homogènes.

L’air est un mélange homogène (solution gazeuse) des gaz N2, O2, H2O et CO2. En revanche, un récipient de chaque gaz en lui-même serait une substance pure. Ce n’est que lorsqu’ils sont mélangés à un niveau moléculaire qu’ils constituent un mélange homogène (ou une solution gazeuse).

Le laiton est un mélange homogène (solution solide) de cuivre et de zinc. Encore une fois, chaque métal par lui-même est une substance pure. Ce n’est que lorsqu’ils sont mélangés au niveau atomique qu’ils constituent un mélange homogène (ou une solution solide).

La bière est un mélange homogène (solution liquide) de H2O, C2H5OH, et de quelques autres substances. (Il n’y a pas de molécule de bière. La molécule qui donne à la bière sa propriété enivrante est l’éthanol.)

Démo:

  1. Mélanger de l’eau et de l’éthanol pour obtenir une solution homogène – montrer aussi la notion de volume molaire.

Mélanges hétérogènes

Les mélanges hétérogènes ne sont pas mélangés uniformément au niveau atomique ou moléculaire. Par exemple,

Le sel et le poivre, les biscuits aux pépites de chocolat, ou une barre chocolatée Twix™, …

sont tous des exemples de mélanges hétérogènes, où les substances ne sont pas mélangées au niveau moléculaire.

Démonstration:

  1. Séparer les limailles de fer et le soufre avec un aimant.
  2. Séparer la soude de raisin en solutions orange et bleue en utilisant la chromatographie.

Tous les mélanges, hétérogènes et homogènes, peuvent être séparés en substances pures par des méthodes physiques, comme la distillation ou la chromatographie.

    Application de calcul scientifique

    Changement physique

    Tout changement de matière qui ne modifie pas le type d’atomes et de molécules au sein de la matière est appelé un changement physique. L’ébullition de l’eau est un exemple de changement physique. Lorsque l’eau bout, elle passe de l’état liquide à l’état gazeux. Les chimistes représenteraient ce processus comme suit :

    H2O(l) → H2O(g)

    Ici (l) signifie liquide et le (g) signifie gaz. Comme il s’agit d’un changement physique, la molécule H2O ne change pas.

    Démo:

    1. CO2(s) → CO2(g)
    2. H2O2(l) → H2O2(g)

    Changement chimique

    Les molécules, d’autre part, peuvent se diviser ou se combiner ensemble pour faire d’autres types de molécules. Le processus par lequel une molécule est transformée en une molécule différente est appelé un changement chimique.

    Démo:

    1. C2H5OH + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O2(g)

    Pour nous aider à comprendre le concept de changement chimique, examinons pourquoi les ampoules électriques sont fabriquées comme elles le sont. Une ampoule électrique fonctionne en faisant passer un courant électrique dans un fil de tungstène à l’intérieur de l’ampoule. Le fil de tungstène est scellé à l’intérieur d’une ampoule en verre, car si vous faisiez cela dans l’air, l’ampoule brûlerait très rapidement. C’est parce que le fil de tungstène subit une réaction chimique avec le gaz O2 de l’air pour former de l’oxyde de tungstène.

    2W+3O2→ 2WO3

    Pour empêcher cette réaction de se produire, tout l’oxygène est retiré de l’air scellé à l’intérieur de l’ampoule.

    Changement chimique

    Si l’oxygène s’infiltre dans l’ampoule, alors le fil de tungstène réagit pour devenir de l’oxyde de tungstène et le fil oxydé ne passera plus facilement le courant électrique. Si vous essayez de faire passer du courant électrique dans le fil oxydé, il chauffera rapidement et se cassera. C’est-à-dire que l’ampoule brûle.

    Démonstration:

    1. Ampoule avec un trou percé dans l’ampoule.

    Document de travail de Chemisty, The Central Science, 10th Ed.

    1.1, 1.2, 1.9, 1.19, 1.21