Quelques propriétés physiques, chimiques et préparations des gaz courants

Quelques propriétés physiques, chimiques et préparations des gaz courants 

L’état gazeux :
Un gaz est un état dispersé de la matière. En effet, les entités élémentaires qui le constituent sont animées d’un mouvement rapide et désordonné. Il en résulte que les gaz n’ont pas une structure compacte comme le solide. Cet état de dispersion nous amène à définir quelques propriétés qui sont propres aux gaz.

Propriétés du gaz :
Un gaz est compressible et expansible, il n’a ni forme propre, ni volume propre. Les gaz ont une structure moléculaire. Ces molécules se heurtent entre elles et heurtent aussi les parois du récipient qui les contiennent. Il en résulte un grand nombre de collisions qui est à l’origine de la pression d’un gaz. Ce phénomène s’appelle agitation thermique.

Les unités de la pression :
Le pascal (Pa) est l’unité dans le système internationale (USI), mais on peut aussi utiliser : l’atmosphère (atm) et le millimètre de mercure (mmHg). Relation entre les unités : 1,01132.10⁵ Pa = 1atm =760mmHg On peut aussi se référer à la pression standard de 1 bar (1bar = 10⁵ Pa)

Interdépendance du volume, de la température et de la pression d’un gaz
Soit une masse m d’un gaz occupant un volume constant V, si on augment la température, la vitesse des molécules augmente et les chocs entre les parois deviennent plus importants. De ce fait, la pression du gaz augmente.
-A volume constant, la pression d’un gaz augmente si la température augmente. Considérons maintenant un gaz de masse m et maintenons la température constante, si l’on diminue le volume du gaz dans le récipient, la pression du gaz augmente.
-A température constante, la pression d’un gaz augmente si le volume de ce gaz diminue .

En conclusion :
Pour un gaz de masse m, les grandeurs volume, pression et température sont dépendantes les unes des autres. Ainsi, toute mesure de volume d’un gaz doit être accompagnée des conditions de température et de pression dans lesquelles cette mesure a été réalisée (RATSIMANDRESY, R.O. 2006).

Volume molaire d’un gaz

Hypothèse d’Avogadro (1811) :
Avogadro émet l’hypothèse suivant en 1811 qui sera par la suite vérifiée par Ampère en 1814. Des volumes égaux de gaz différents, pris dans les mêmes conditions de température et de pression, contiennent le même nombre de molécules.

Loi d’Avogadro –Ampère :
Dans les mêmes conditions de température et de pression, le volume occupé par une mole de gaz est indépendant de la nature de ce gaz. C’est le volume molaire noté (VM). Si bien que, 2g de gaz dihydrogène (H2), 32g de dioxygène (O2), et 44g de dioxyde de carbone (CO2), occupent le même volume VM dans les mêmes conditions de température et de pression. Pour expliquer ceci, il faut rappeler que les dimensions des atomes ou des molécules sont faibles devant le volume occupé par le gaz.

Les Conditions normales de température et de pression (CNTP)

On définit les conditions normales de température et de pression par :
-température normale : θ = O°C
-pression normale : P =1atm
Dans ces conditions, le volume molaire d’un gaz vaut VM = 22,4L.mol⁻¹ Les conditions standard seront définie par :
-température θ = 25°C
-pression P = 1bar
Dans les conditions standard, le volume molaire d’un gaz a pour valeur VM = 24L.mol⁻¹ .

ÉTUDE DE QUELQUES GAZ LE DIOXYGENE (O2) 

Propriétés physiques :
Le dioxygène est gazeux à la température ordinaire. C’est un gaz incolore, inodore et sans saveur. Il est très peu soluble dans l’eau : à 0°C, un litre d’eau dissout 40 cm3 de gaz. Cette faible solubilité nous permet aisément de le recueillir par déplacement d’eau. Le dioxygène ne peut être liquéfié qu’à très basse température, en fait sous la  pression atmosphérique normale, sa température de liquéfaction est de -183°C. A cette température, le gaz dioxygène est constamment en ébullition. Ce gaz est plus dense que l’air avec une densité de 1,105 et sa masse volumique est de 1,429g.L-1. Il se présente sous forme de solide bleuâtre à une température de -218,6°C (CESSAC, J. 1996).

Propriétés chimiques :
Le dioxygène est un oxydant par excellence, donc il permet la combustion de plusieurs entités comme le Fe, Na, Mg, Ca .

Applications :
Des quantités assez importantes de dioxygène servent à alimenter les chalumeaux oxyacéthyléniques employés pour les soudages et oxycoupages. Le dioxygène intervient dans l’élaboration des fontes et des aciers. Les grandes industries chimiques utilisent le dioxygène dans la fabrication des acides sulfuriques, nitriques et de leurs dérivés (l’oxydation du souffre et de monoxyde d’azote). Pour les industries aéronautiques, l’oxygène liquide sert à l’alimentation en comburant des moteurs de fusées, il en est même parfois dans les avions modernes volant à très hautes altitudes. (CESSAC, J. 1996 et COQ, C. 1987).

LE DIHYDROGENE 

Propriétés physiques :
Le dihydrogène est un corps simple gazeux formé par deux atomes d’hydrogène (H2). C’est un gaz incolore et inodore. La densité par rapport à l’air est égale à d=0,0695 donc c’est un gaz moins dense que l’air. C’est même le moins dense de tous les gaz. Il est très peu soluble dans l’eau car sa solubilité est de 19cm3 L-1. L’hydrogène est le gaz le plus difficile à liquéfier. Le dihydrogène liquide bout à  252°C et en le refroidissant encore, il devient solide à 259°C.

Préparations industrielles 

L’eau constitue une matière première pratiquement inépuisable pour la préparation du dihydrogène. On en libère le dihydrogène par électrolyse. Le gaz obtenu est particulièrement pur ; toutefois ce procédé est assez onéreux à cause du grand besoin en énergie électrique. Bien que l’eau soit un composé très stable, il est possible de la réduire en corps très réducteurs pour libérer le dihydrogène. C’est ainsi que de la vapeur d’eau passant sur du fer chauffé à 700°C ou sur du coke est réduite pour former le dihydrogène. On prépare aussi l’hydrogène à partir des composés hydrogénés, par exemple en chauffant très fortement la houille , on obtient un mélange gazeux contenant environ 50% de son volume en hydrogène. Comme l’hydrogène est très difficile à liquéfier, on peut l’extraire à partir d’un mélange gazeux en liquéfiant les autres gaz. Le méthane, qui existe dans certains gisements gazeux constitue aussi une matière première pour préparer le gaz dihydrogène .

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : PARTIE THEORIQUE
Quelques propriétés physiques, chimiques et préparations des gaz courants
I- L’ETAT GAZEUX
I-1 Propriétés des gaz
I-2 Interdépendance du volume, de la température et de la pression d’un gaz
I-3 Volume molaire d’un gaz VM
I-3-1- Hypothèse d’Avogadro (1811)
I-3-2- Loi d’Avogadro –Ampère
I-4 Les conditions normales de température et de pression (CNTP)
I-5 Relation entre quantité de matières (n) et volume molaire VM
I-6 Densité d’un gaz par rapport à l’air
I-7 La constante d’Avogadro NA
II- ETUDE QUELQUES GAZ
II-1- LE DIOXYGENE
II-1-1- Propriétés physiques
II-1-2- Propriétés chimiques
II-1-3- Préparations industrielles
II-1-4- Préparations au laboratoire
II-1-5- Applications
II-2- LE DIHYDROGENE
II-2-1- Propriétés physiques
II-2-2- Propriétés chimiques
II-2-3- Préparations industrielles
II-2-4- Préparations au laboratoire
II-2-5- Applications
II-3-LE DIOXYDE DE CARBONE
II-3-1 Propriétés physiques
II-3-2 Propriétés chimiques
II-3-3 Préparations industrielles
II-3-4 Préparations au laboratoire
II-3-5 Applications
II- 4- LE DICHLORE
II-4-1 Propriétés physiques
II-4-2 Propriétés chimiques
II-4-3 Préparations industrielles
II-4-4 Préparations au laboratoire
II-4-5 Applications
DEUXIÈME PARTIE PROPOSITION DE MODULES D’APPRENTISSAGE
I- Introduction aux modules d’apprentissage
I-1-Description des activités à mener
I-2-Agencement des fenêtres
I-3-présentation des interfaces de l’utilisateur
II- Module d’apprentissage
II-1 Module 1 : Etude du dichlore
II-1-1- Présentation du module 1
II-1-2- Mise en œuvre du module 1
II-2 Module 2 : Etude du dioxygène
II-2-1- Présentation du module 2
II-2-2- Mise en œuvre du module 2
II-3 Module 3 : Etude du dioxyde de carbone
II-3-1- Présentation du module 3
II-3-2- Mise en œuvre du module 3
II-4 Module 4 : Etude du dihydrogène
II-4-1- Présentation du module 4
II-4-2- Mise en œuvre du module 4
TROISIÈME PARTIE PROPOSITION DES FICHES PEDAGOGIQUES
A- Application pédagogique 1
B- Application pédagogique 2
C- Application pédagogique 3
D- Application pédagogique 4
E- Application pédagogique 5
F- Application pédagogique 6
G- Application pédagogique 7
H- Application pédagogique 8
CONCLUSION

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