Fiche de physique - chimie
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L'air et ses propriétés

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cours de physique niveau 4ème


Pour vivre, les hommes, les plantes et les animaux ont besoin d'air, qui est donc indispensable à la vie sur Terre. L'air est un mélange de plusieurs gaz. Sa composition fût établie par Antoine-Laurent De Lavoisier en 1774. Dans cette fiche, nous allons détailler la composition de l'air mais aussi étudier les propriétés de l'air.

I. La composition de l'air


L'air est un mélange de plusieurs gaz mais ses deux principaux constituants sont:
le dioxygène et le diazote

L'air contient aussi d'autres gaz appelés «gaz inertes» ou anciennement appelés «gaz rares» en raison de leur faible activité chimique. Ce sont: l'argon, le néon, l'hélium, le krypton et le xénon.

Les proportions des différents gaz qui composent l'air sont:
le dioxygène environ 20.95%.
le diazote environ 78.08%.
les gaz rares environ 0.93%.
du dioxyde de carbone, du méthane, de la vapeur d'eau ... environ 0.0399%

Le dioxygène est un corps pur composé de deux atomes d'oxygène de formule O, on en déduit donc sa formule brute chimique: O2
Le diazote est aussi un corps pur composé de deux atomes d'azote de formule N, on en déduit donc sa formule brute chimique: N2

L'air est un mélange car il est constitué de molécules différentes: principalement des molécules de dioxygène et des molécules de diazote.
Dans un litre d'air, il y a environ 0.80 litre de diazote et 0.20 litre de dioxygène soit en proportion: 4/5 litre de diazote et 1/5 litre de dioxygène.

L'air contient aussi environ 4 molécules de diazote pour 1 molécule de dioxygène. Ainsi on peut dire que la composition de l'air en volume est identique à sa composition en molécules.

Schéma :
L'air et ses propriétés : cours de Physique 4ème : image 1


Le constituant vital de l'air est le dioxygène, celui-ci ranime une flamme, il permet les combustions et la respiration.

Le diazote, avec un pourcentage élevé dans l'air, empêche que le dioxygène endommage le système respiratoire lors de la respiration. Pourtant son nom tiré du grec, signifie «qui n'entretient pas la vie » et Antoine-Laurent De Lavoisier l'appela azote après avoir constaté «la propriété qu'a ce gaz de priver de la vie, les animaux qui le respirent».
L'azote moléculaire à température ambiante et à l'état non combiné, est un gaz constituant la plus grande partie de l'atmosphère: l'air sec contient 78.08%. L'industrie utilise cette source peu onéreuse pour la préparation de l'azote pur. Malgré son nom, l'azote est fixé dans le sol par des microorganismes, sous forme de composés simples, qui sont ensuite absorbés par les végétaux, qui l'utiliseront à leur tour pour la synthèse des protéines, dont les animaux tirent ensuite parti.


II. Les propriétés de l'air



a) L'air est de la matière, il a donc une masse.


Par expérience, on a déterminé que la masse d'un litre d'air est de 1.3 grammes à la température de 25°C et à la pression atmosphérique de 1013 hectopascals.

b) L'air est un mélange transparent qui conduit l'électricité et la chaleur.


L'air est un mélange de molécules de dioxygène et de molécules de diazote, ce mélange est possible car les molécules qui les composent sont éloignées les unes des autres et se déplacent à grande vitesse dans toutes les directions. Les chocs plus ou moins fréquents de ces molécules contre les parois expliquent les variations de pression des gaz et donc de l'air.

c) L'air est compressible et expansible.


L'air n'a pas de volume propre, on peut diminuer ou augmenter le volume qu'il occupe: on dit que l'air est compressible et expansible. Qu'il soit comprimé ou détendu, l'air tend à revenir spontanément à son volume initial: on dit que l'air est élastique. Le nombre de molécules contenues dans un certain volume d'air reste identique à lui-même lorsque ce volume augmente ou diminue. Par contre, la pression augmente lorsque le volume diminue (l'air se trouve comprimé). Inversement, la pression diminue lorsque le volume augmente (l'air se trouve détendu). L'air comprimé, que l'on obtient lorsque l'on soumet l'air à une pression supérieure à celle de l'atmosphère, a de nombreuses applications: on en fait une utilisation directe, par exemple pour le gonflage des pneus ou une utilisation dans les machines, par exemple dans les manèges des forains.

d) L'air peut être liquéfié


L'air a la propriété d'être liquéfié c'est à dire qu'il peut passer de l'état gazeux à l'état liquide. Mais pour réaliser ce changement d'état, il faut réunir des conditions de température et de pression très précises. On obtient ainsi de l'air liquide qui est transparent, à peu près incolore s'il a une faible teneur en oxygène et tirant vers le bleu lorsque la teneur en oxygène augmente. En plus de son utilisation en laboratoire, l'air liquide permet d'obtenir et de maintenir des températures très basses. L'air liquide est aussi produit pour obtenir de l'oxygène, de l'azote et de l'argon par distillation fractionnée.
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