Sciences pour se qualifier + 4 - Livre-cahier - Chapitre 4

TABLE DES MATIÈRES

THÈME 1

La Terre une planète habitée dans l’univers UAA 6 – BIODIVERSITÉ ET ÉVOLUTION

INTRODUCTION 9

JE ME SITUE 10

ACTIVITÉS | PARTIE I 11

Activité 1 Un toit pour nous, pour eux 11

Activité 2 Facteurs abiotiques 13

Activité 3 Facteurs biotiques ou relations entre les êtres vivants 17

Activité 4 Dis-moi ce que tu manges… 22

Activité 5 Un ancêtre commun ? La classification phylogénétique 25

Activité 6 Biodiversité 33

À RETENIR | PARTIE I 35

ACTIVITÉS | PARTIE II 36

Activité 1 Une théorie, des arguments 36

Activité 2 Un argument paléontologique 38

Activité 3 Un argument géomorphologique 40

Activité 4 Un argument anatomique 42

À RETENIR | PARTIE II 44

APPLICATION GLOBALE 45

THÈME 2

La Lumière eT Le son nous permettent d’observer et de communiquer UAA 7 – LES LENTILLES NOUS AIDENT À OBSERVER

INTRODUCTION 49

JE ME SITUE 50

ACTIVITÉS 51

Activité 1 Comparaison et tri de lentilles optiques 51

Activité 2 Déviation de la lumière par des lentilles 53

Activité 3 Usage des lentilles 62

Activité 4 Fonctionnement de l’œil 64

Activité 5 Défauts de l’œil et leur correction 68

Activité 6 Attitudes préventives pour protéger la vision 73

À RETENIR 78 ÉditionsVANIN

THÈME 3

L’êTre humain, comme tous les organismes vivants, est constitué de cellules

UAA 8 – VIVRE UNE SEXUALITÉ RESPONSABLE

INTRODUCTION 83

JE ME SITUE 84

ACTIVITÉS 85

Activité 1 Appareils reproducteurs humains et déplacement des cellules reproductrices 85

Activité 2 Spermatozoïdes et ovules 89

Activité 3 Cycle menstruel 92

Activité 4 Processus de fécondation 95

Activité 5 Embryon, fœtus et leurs échanges au niveau du placenta 98

Activité 6 Les principaux contraceptifs 102

Activité 7 Les infections sexuellement transmissibles 106

Activité 8 Dangers de l’usage des drogues, du tabac, de l’alcool et des médicaments pour l’embryon 109

Activité 9 Respecter le choix de chacun en matière de sexualité et de contraception 112

À RETENIR 113

APPLICATIONS GLOBALES 117

THÈME 4

La maTière qui nous entoure

UAA 9 – L’ATOME, CONSTITUANT ÉLÉMENTAIRE DE LA MATIÈRE

INTRODUCTION 123

JE ME SITUE 124

ACTIVITÉS | PARTIE I 126

Activité 1 Mélanges et corps purs 126

Activité 2 Modèle moléculaire 130

Activité 3 Modèle atomique 134

Activité 4 Les symboles des éléments chimiques 138

Activité 5 La formule chimique 140

ACTIVITÉS | PARTIE II 144

Activité 1 Les métaux et les non-métaux – propriétés physiques 144

Activité 2 Les métaux et les non-métaux – propriétés chimiques 149

Activité 3 Le tableau périodique 153

Activité 4 La réaction chimique 155

Activité 5 Les ions 159

À RETENIR | PARTIES I & II 164

APPLICATIONS GLOBALES 166

ANNEXE 215

THÈME 5

L’énergie dont nous avons besoin UAA 10 - LES ÊTRES VIVANTS ONT BESOIN D’ÉNERGIE POUR FONCTIONNER

INTRODUCTION 171

JE ME SITUE 172

ACTIVITÉS | PARTIE I 173

Activité 1 Je mange donc je lis 173

Activité 2 Rôles des nutriments 176

Activité 3 Minéraux et vitamines 183

Activité 4 Valeur énergétique des nutriments 187

Activité 5 Une alimentation équilibrée 190

Activité 6 Les modifications des habitudes alimentaires (uniquement en TQ) 195

À RETENIR | PARTIE I 198

ACTIVITÉS | PARTIE II 199

Activité 1 L’être humain est constitué de cellules 199

Activité 2 La cellule végétale, une cellule différente 201

Activité 3 Observation d’un végétal 202

Activité 4 Rôles des différentes parties d’une plante verte 203

Activité 5 Pyramides d’énergie 210

Activité 6 Effets de l’action de l’Homme sur une pyramide énergétique (uniquement en TQ) 213

À RETENIR | PARTIE II 214

FICHES OUTILS 217

SAVOIRS

• Définir corps pur, mélange, molécule, atome, formule chimique, ion, réaction chimique

• Décrire l’atome selon le modèle de Rutherford

• Écrire les symboles des éléments rencontrés

• Citer les propriétés des métaux et des non-métaux

SAVOIR-FAIRE

• Mettre en relation des éléments pertinents

• Traiter et utiliser l’information

• Utiliser des langages différents

• Communiquer en utilisant le vocabulaire spécifique et le langage adéquat

• Visualiser dans l’espace

• Suivre un mode opératoire

• Analyser ou interpréter des résultats d’expériences réalisées en classe

• Distinguer un mélange d’un corps pur

• Modéliser les mélanges et les corps purs

• Estimer l’ordre de grandeur d’un atome

• Distinguer les métaux et les non-métaux à partir de leurs propriétés physiques et chimiques

• Distinguer les métaux et les non-métaux en fonction de leur position dans le tableau périodique

• Mettre en relation les propriétés d’un métal ou d’un non-métal avec des usages et les conséquences

• Donner la composition d’une molécule à partir de sa formule chimique

• Lier le classement des éléments dans le tableau périodique à leurs propriétés

• Utiliser un multimètre

• Décrire un ion comme un atome ayant perdu ou gagné des électrons

ATTITUDES

• Respecter les consignes de sécurité des laboratoires

• Utiliser de manière appropriée et en toute sécurité l’équipement mis à disposition

SOMMAIRE L’ATOME, ÉLÉMENTAIRE DE LA MATIÈRE

INTRODUCTION 123

JE ME SITUE 124

ACTIVITÉS | PARTIE I 126

Activité 1 Mélanges et corps purs 126

Activité 2 Modèle moléculaire 130

Activité 3 Modèle atomique 134

Activité 4 Les symboles des éléments chimiques 138

Activité 5 La formule chimique 140

ACTIVITÉS | PARTIE II 144

Activité 1 Les métaux et les non-métaux – propriétés physiques 144

Activité 2 Les métaux et les non-métaux – propriétés chimiques 149

Activité 3 Le tableau périodique 153

Activité 4 La réaction chimique 155

Activité 5 Les ions 159

À RETENIR | PARTIES I & II 164

APPLICATIONS GLOBALES 166

ANNEXE 215

INTRODUCTION

Tout autour de nous est composé de matière : les vêtements, les objets, les animaux, les végétaux, les êtres humains, l’air… De quoi se compose cette matière ? Est-elle faite de particules ?

Peut-on classer les composants de la matière ? Où trouverons-nous cette information ?

1 a. Observe les trois exemples ci-dessous et classe-les en : • vivant / non vivant, • animal / végétal.

b. Quels sont les points communs, au niveau microscopique, entre ces trois exemples ?

2 Quel nom donne-t-on à ces corpuscules ?

3 Définis un atome.

JE ME SITUE

1 Comment appelle-t-on le passage de l’état liquide à l’état gazeux ?

2 La fusion, est-ce un phénomène physique ou une réaction chimique ? Justifie.

3 La combustion est-elle une réaction chimique ou un phénomène physique ? Justifie.

4 Cite une réaction chimique.

5 Quels sont les produits d’une combustion complète ?

6 Quelle expérience réalise-t-on pour prouver la présence de dioxyde de carbone ?

Que dit le principe de Lavoisier ?

Si je réalise une réaction chimique, dans un milieu fermé, demandant 12 g de réactifs, quelle masse de produits vais-je obtenir ?

9 Quels sont les trois éléments du triangle du feu ?

10 Quelle est la condition pour qu’un feu soit éteint ? Donne un exemple.

11 Quel est le nom du gaz mortel produit lors d’une combustion incomplète ?

12 Dessine le symbole de danger associé au dioxygène.

ÉditionsVANIN

ACTIVITÉS PARTIE I

activité 1 MÉLANGES ET CORPS PURS

Voyons comment trier la matière en fonction de sa composition.

EXPÉRIENCE

• Verse un peu de soufre en poudre dans un bécher contenant de l’eau.

• Recommence l’expérience avec de la limaille de fer.

1 Que constates-tu dans les deux cas ?

FICHE OUTIL 1

Soufre en poudre

Bécher contenant de l’eau et du soufre

Limaille de fer

• Approche un aimant d’un petit tas de limaille de fer.

• Recommence l’expérience en présence de soufre.

2 Que constates-tu dans les deux cas ?

Bécher contenant de l’eau et de la limaille de fer

3 Voici un mélange de poudre de fer et de soufre. Propose deux méthodes que tu pourrais utiliser pour séparer les constituants de ce mélange. Cite-les, réalise les expériences et énonce tes constatations.

Mélange de soufre en poudre et de limaille de fer

4 Complète la phrase suivante

À la suite des expériences, nous pouvons conclure que le fer et le soufre ont .

5 Représente ce mélange dans le cadre ci-dessous. fer

• Place un peu de ce mélange fer-soufre dans une cuillère à combustion.

• Chauffe le tout sous une hotte aspirante jusqu’à fusion et laisse refroidir.

• Recommence les deux expériences précédentes.

Sulfure

6 a. Mets le produit obtenu dans l’eau. Que constates-tu ?

b. Approche un aimant du produit obtenu. Que constates-tu ?

c. Le fer et le soufre ont-ils conservé les propriétés étudiées initialement ?

Lors du chauffage du mélange, les propriétés caractéristiques initiales du fer et du soufre ont été perdues. Le solide gris formé est une nouvelle substance. Sous l’effet de la chaleur, le fer et le soufre ont formé du sulfure de fer qui est un nouveau composé. Le sulfure de fer possède des propriétés bien à lui, différentes de celles du fer ou du soufre.

Voici le bilan de la réaction : fer + soufre  sulfure de fer + 

Un corps pur est une substance qui n’est constituée que d’un seul type d’entités et qui possède des propriétés caractéristiques, comme l’eau qui s’évapore à 100 °C. Les entités constitutives peuvent être des atomes (ex. : le fer) ou des molécules (ex. : le sulfure de fer). Une molécule est un assemblage neutre d’au moins deux atomes. Elle représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés caractéristiques de la substance consi dérée.

7 Représente un corps pur.

8 Représente un mélange.

En général, dans la nature, il y a peu de corps purs. La majorité des substances rencontrées sont des mélanges.

X Complète l’organigramme suivant.

X Une représente la plus petite quantité de matière possédant les caractéristiques de la substance considérée.

X Un corps pur est une espèce chimique dans laquelle il n’y a qu’une sorte de molécules (ensemble de molécules identiques).

X Un mélange est une espèce chimique dans laquelle il y a sortes de molécules (ensemble de molécules différentes). L’ESSENTIEL

Entoure les bonnes réponses.

1 Un mélange est :

a. formé de plusieurs espèces de molécules.

b. formé d’une seule espèce de molécules.

c. une substance dont la molécule est constituée d’atomes de même nature.

composée de molécules identiques ? NON OUI MATIÈRE

2 Voici des modèles d’échantillons de matières. Les mélanges sont :

a. b. c. d. e.

a. A – B – C b. A – C – E c. A – B – D – E d. A – C – D – E

activité 2 MODÈLE MOLÉCULAIRE

L’eau déminéralisée est un corps pur car elle est composée uniquement de molécules d’eau. De quoi est constituée une molécule d’eau ?

Voyons s’il est possible que ces molécules d’eau soient constituées d’entités encore plus petites. Pour le savoir, réalisons l’électrolyse de l’eau.

EXPÉRIENCE

Le voltamètre de Hoffman est composé de trois tubes en verre reliés entre eux. Les deux tubes extérieurs se composent :

• à leur base, d’une électrode en platine qui permet l’apport de courant continu à la solution ;

• à leur sommet, d’un robinet.

• Verse de l’eau dans le tube central.

• Ferme les deux robinets lorsque les tubes sont remplis et branche les électrodes aux bornes d’un générateur.

1 Que constates-tu après quelques minutes ?

2 Recueille un peu de gaz dans des tubes à essai et réalise les expériences suivantes.

a. Que constates-tu lorsque nous approchons une allumette du tube à essai provenant du tube contenant le plus de gaz ?

b. Que constates-tu lorsque nous approchons un tison incandescent de l’autre tube à essai ?

DIHYDROGÈNE

Inflammable DANGER

Mention de danger : H220 – gaz extrêmement inflammable

DIOXYGÈNE

Comburant DANGER

Mention de danger : H270 – peut provoquer ou aggraver un incendie

3 À partir du Doc +, indique quels sont les gaz qui ont été récoltés dans les tubes à essai. Une des propriétés du gaz hydrogène (appelé dihydrogène et de formule H2) est d’être un gaz extrêmement inflammable qui fait un bruit caractéristique au contact de la flamme. On dit que le gaz « aboie ». Une des propriétés du gaz oxygène (appelé dioxygène et de formule O2) est d’être un gaz comburant, ce qui signifie qu’il a la propriété d’activer le feu.

4 Quelles conclusions peux-tu tirer de cette expérience ?.

Nous pouvons conclure que :

• les molécules d’eau sont composées d’entités plus petites appelées atomes ;

• les molécules d’eau contiennent des atomes d’oxygène et d’hydrogène ;

• les molécules d’eau contiennent deux fois plus d’atomes d’hydrogène que d’atomes d’oxygène.

5 Si nous décidons de représenter l’élément chimique « hydrogène » par  et l’élément « oxygène » par , représente une molécule d’eau.

Les « éléments » constitutifs de la molécule sont des atomes. Une fois séparés, les atomes d’oxygène et d’hydrogène s’associent deux par deux pour former du dioxygène et du dihydrogène.

6 Sachant que le préfixe « di » signifie « 2 », représente le dioxygène et le dihydrogène. dioxygène : dihydrogène :

ÉditionsVANIN

7 Explique pourquoi nous pouvons dire que le dioxygène, le dihydrogène et l’eau déminéralisée sont des corps purs.

8 Observe le tableau ci-dessous et réponds aux questions suivantes.

CORPS TEMPÉRATURE DE FUSION T MASSE VOLUMIQUE ρ

eau 0 °C 1000 kg/m3 dioxygène –218,4 °C 1,4 kg/m3 dihydrogène –259,1 °C 0,0899 kg/m3

a. Le dioxygène et le dihydrogène ont-ils les mêmes propriétés que l’eau ?

b. Que peux-tu en conclure ?

9 Complète l’équation-bilan de l’électrolyse.

Eau  +

L’électrolyse a cassé les molécules d’eau en un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène. Ceux-ci se sont recombinés pour former du dioxygène et du dihydrogène.  +

Puisqu’il faut deux atomes d’oxygène pour former une molécule de dioxygène, il faut donc deux molécules d’eau.

X Une est un assemblage d’atomes.

activité 3 MODÈLE ATOMIQUE

Suivons le parcours des scientifiques qui ont découvert à quoi ressemble un atome.

1 Après avoir lu les textes, réponds aux questions.

–500 : Le mot « atome » vient du grec « a-tomos » (ἄτομος) et signifie « insécable » (indivisible). Cette notion fut introduite par Leucippe.

Leucippe (–460 à –370)

Un de ses élèves, Démocrite, explique que la matière est constituée de corpuscules, en perpétuel mouvement, dotés de qualités idéales.

–350 : Aristote, philosophe grec, divise la matière en quatre éléments qu’il appelle « racines ». Ce sont l’air, la terre, l’eau et le feu. Les différentes matières résultent de ces quatre éléments.

ÉditionsVANIN

À la même époque en Inde, une philosophie enseigne déjà que la matière est for mée d’atomes indestructibles. Leur assemblage en choses visibles est destructible.

500-1500 : Au Moyen Âge, l’alchimie (grec « khumeia » : « mélange de plusieurs sucs, mixtion ») a pour but d’essayer de transformer les métaux « vils » comme le plomb en métaux « nobles » comme l’or. Malgré leurs croyances particulières, les alchimistes développent l’observation, l’expérimentation, la mesure et une certaine classification des corps.

1808 : John Dalton reprend l’hypothèse de Démocrite (la matière est constituée de particules infimes et indivisibles appelées atomes), il compare ces particules à des boules de billard. Tous les atomes d’un même élément sont iden tiques et les atomes sont différents d’un élément à l’autre. Les atomes peuvent réaliser différentes combinaisons pour donner des molécules.

John Dalton (1766-1844)

Démocrite (–460 à –370)

Aristote (–384 à –322)

Modèle de Dalton

1897 : L’Anglais Thomson découvre le premier composant de l’atome, l’électron, particule de charge élémentaire négative et de masse négligeable (9,1 . 10–31 kg). En 1904, il imagine l’atome comme une sphère remplie d’une substance électriquement positive et fourrée d’électrons néga- tifs comme « des raisins dans un pudding ». Selon lui, l’atome est divisible.

Modèle du « plum-pudding »

1911  : L’Anglais d’origine néo-zélandaise Rutherford découvre le noyau atomique. Son modèle d’atome montre que : – la charge élémentaire du noyau est positive, – l’essentiel de la masse de l’atome se trouve concentré dans le noyau qui est de taille minuscule,

– il est composé essentiellement de vide, – les électrons « circulent » autour du noyau à grande vitesse, la distance noyau-électrons est 100 000 fois plus grande que le rayon du noyau,

– la somme des charges des électrons est égale à la charge du noyau ; l’atome est électriquement neutre.

Rutherford comprendra plus tard que le noyau est luimême composé de particules appelées « nucléons ». Il découvre le proton et pressent le neutron.

1913  : Le Danois Bohr propose un modèle qui ressemble au système solaire : les électrons, notés e , tournent sur des orbites bien précises appelées couches électroniques autour du noyau central constitué de nucléons.

1932 : Chadwick découvre effectivement le neutron. Les nucléons sont de deux sortes : – de charge positive et de masse 1,673 . 10–27 kg : c’est le proton noté p+ ; – de charge neutre et de masse 1,675 . 10–27 kg : c’est le neutron noté n0

Sir Joseph Thomson (1856-1940)

Ernest Rutherford (1871-1937)

Modèle de Rutherford noyau neutron proton

Niels Bohr (1885-1962)

Modèle de Bohr orbites autorisées James Chadwick (1891-1974) noyau électron

2 Repère sur la ligne du temps, les étapes fondamentales de l’évolution du concept d’atome et les dates clés.

3 Après avoir lu les textes de la page 135, décris un atome.

4 Complète la légende du schéma du modèle atomique Rutherford-Chadwick.

Par analogie : si le noyau est une mouche au centre d’un terrain de foot, les électrons se trouvent dans les tribunes.

5 Pourquoi peut-on dire que la charge d’un atome est nulle ?

6 À partir des données de l’exercice 4, vérifie si le rapport entre la taille du noyau et celle de l’atome correspond à celle donnée dans le texte.

VA À L’ESSENTIEL

X Modèle atomique simplifié (Rutherford-Chadwick)

L’ est une entité qui comporte un noyau minuscule et dense de charge positive. Des particules négatives, les , gravitent sur des couches électroniques à grande distance du noyau.

L’atome est électriquement neutre, car la charge positive du noyau est égale à la charge négative des électrons.

En français « or », en anglais « gold », en latin « aurum », en arabe « الذهب », en chinois « 黄 金 », en grec « χρύσος », en russe « Zoloto », en espagnol « oro », en norvégien « gull », etc.

Impossible pour les scientifiques du monde entier de se comprendre.

Voyons comment les scientifiques ont déterminé, pour chaque élément chimique, un symbole universel.

Par convention internationale, chaque élément chimique est représenté par un symbole. Le symbole chimique comporte une ou deux lettres :

• la première est toujours une lettre majuscule ;

• la seconde, quand il y en a une, est une lettre minuscule.

Voici quelques exemples d’origine des symboles chimiques.

Au or Du latin « Aurum », « or » ou « objet fait en or »

Br bromeDu grec « brômos », « puanteur »

C carboneDu latin « carbo », « charbon »

Mv mendeléviumDu nom de Dimitri Mendeleïev

Am américiumNommé ainsi d’après l’endroit de sa découverte

No nobéliumDu nom d’Alfred Nobel

Depuis le 28 novembre 2016, tous les éléments jusqu’au 118 sont nommés. Le tableau est ainsi complet ! À moins que la recherche...

1 En t’aidant des symboles indiqués, note à côté de chaque photographie le nom de l’élément chimique correspondant.

2 Parmi les symboles suivants, indique ceux qui sont corrects et ceux qui ne le sont pas. Justifie ta réponse et corrige-les si nécessaire. MG Ag ÉditionsVANIN

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activité 5 LA FORMULE CHIMIQUE

* chélaté par EDTA **chélaté par EDDHA

Conserver à température ambiante Tenir hors de portée des enfants.

M.E.W. s.a.

Voyons comment s’écrit la formule d’une molécule. Voici quelques molécules.

• Le dioxygène que tu inspires est l’association de 2 atomes d’oxygène.

Route des Azalées, 149 B-1420 Braine

On peut également modéliser la molécule par la formule O2

• Le dichlore que tu sens à la piscine est l’association de 2 atomes de chlore.

On peut également modéliser la molécule par la formule Cl2

• Une molécule d’eau est formée de 2 atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. Elle sera notée H2O.

On retrouve l’utilisation des symboles des éléments pour symboliser la molécule. Le « 2 » derrière le « H » s’appelle un indice et multiplie le « H » par 2. L’indice « 1 » ne s’écrit pas ! Ainsi, l’eau de chaux qui contient un atome de calcium, deux atomes d’oxygène et deux atomes d’hydrogène s’écrit Ca(OH)2.

VA À L’ESSENTIEL

X Une chimique s’écrit en indiquant quels atomes entrent dans sa composition et en quelle proportion.

X L’ est le nombre placé en bas à droite du symbole chimique ou du groupe de symboles mis entre parenthèses pour indiquer le nombre d’atomes contenus dans une molécule.

X L’indice « 1 » ne s’écrit pas

APPLICATIONS

1 Coche la bonne réponse. Dans la formule Ca3PO4, il y a :

 3 molécules de Ca  4 molécules de PO  4 atomes de P

 3 atomes de Ca

2 Combien d’atomes de chaque sorte y a-t-il dans les molécules suivantes ?

MOLÉCULESATOMESMOLÉCULESATOMES Cl2O7 2 Cl 7 O AgNO3 H3PO4 Cu3PO4 CaCl2 HBr Mg(OH)2 Al(OH)3 Al2(SO4)3 KMnO4

3 Écris la formule des molécules contenant les atomes suivants (dans l’ordre où ils sont cités).

a. 1 atome de potassium et 1 atome de chlore , c’est un sel aux propriétés voisines de celles du sel de cuisine.

b. 2 atomes d’hydrogène et 1 atome de soufre , c’est un acide qui se reconnaît directement par de mauvaises odeurs (œuf pourri).

c. 2 atomes d’hydrogène, 1 atome de soufre et 3 atomes d’oxygène

, c’est un acide responsable en partie de la pollution par les pluies acides.

d. 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène, 6 atomes d’oxygène.

, c’est le glucose (un sucre) fournisseur de notre énergie. Il est pro duit par la photosynthèse..

e. La molécule de saccharose, sucre extrait de la betterave, est formée de 12 atomes de carbone, 22 atomes d’hydrogène et de 11 atomes d’oxygène.

4 Coche la réponse adéquate. Le saccharose est :

 un mélange  un corps pur

5 Détermine la composition atomique de produits de la vie courante à partir de leurs formules chimiques.

• eau, de formule H2O :

• eau de Javel, de formule NaClO :

• eau de chaux, de formule Ca(OH)2 :

• calcaire, de formule CaCO3 :

• dioxyde de carbone, de formule CO2 :

• monoxyde de carbone, de formule CO :

• vitriol ou acide sulfurique, de formule H2SO4 :

• esprit de sel ou acide chlorhydrique, de formule HCl :

ACTIVITÉS PARTIE II

Le soufre, le fer, le carbone, l’aluminium, le cuivre, l’argent, l’or, le mercure, l’oxygène… sont des corps purs élémentaires. Voyons comment trier ces corps en fonction de leurs propriétés.

activité 1 LES MÉTAUX ET LES NON-MÉTAUX –PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

1 Cite deux propriétés physiques caractéristiques des corps purs.

a. b. Nous pouvons ajouter d’autres propriétés physiques aux deux précédentes :

• la malléabilité (cassant ou souple) ;

• l’éclat (mat ou brillant) ;

• la conductivité électrique et thermique ;

• l’état de la matière (à température ambiante et à une pression de 1013 hPa (1 atm)).

2 Complète le tableau ci-dessous en prenant exemple sur les deux premières lignes et à partir des différents corps à disposition.

CORPS PURSÉCLAT MALLÉABILITÉCONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE MASSE VOLUMIQUE EN kg/m

ÉTAT À TEMPÉRATURE AMBIANTE TEMPÉRATURE D’ÉBULLITION EN °C oxygène mercure aluminium cuivre

a. À partir de tes connaissances, indique l’état de la matière de chaque corps pur (solide : (s), liquide : (l), gaz : (g)).

b. Range les corps purs en fonction de leur masse volumique croissante.

c. Place un « + » si le corps pur vérifie la propriété, un « – » s’il ne la vérifie pas et « / » si la propriété ne peut pas être vérifiée.

d. Note les corps purs en fonction de leur éclat : brillant (+) ou mat (–).

e. Ensuite, prends un morceau de chaque corps pur et vérifie s’il est malléable (+) ou non (–).

EXPÉRIENCE

1 Après avoir réalisé l’expérience suivante, note si le corps pur est conducteur (+) ou isolant (–).

Circuit électrique avec un échantillon de fer Circuit électrique avec un échantillon de soufre

2 Nomme les corps purs qui ont des propriétés physiques communes.

3 Donne le nom de la catégorie qui comprend le fer, le cuivre, l’aluminium et le mercure.

Nous noterons les métaux « ».

4 Complète la phrase ci-dessous en fonction de la précédente. Par opposition, nous dirons que le et le sont des que nous noterons «   » ou «   ».

5 Compare la masse volumique des métaux à celle des autres corps purs. (Voir tableau)

6 Toutes les propriétés observées du carbone sont-elles identiques à celles des autres non-métaux ?

7 Quelle est la propriété qui différencie le mercure des autres métaux ?

La classification métaux/non-métaux se retrouve dans le tableau périodique des éléments chimiques. Ce tableau regroupe, dans des cases, tous les éléments chimiques connus. Tu trouveras ce tableau périodique en grand format à la deuxième de couverture de ton livre-cahier.

L’escalier en traits blancs délimite les éléments à caractère métallique à gauche et les élé ments à caractère non métallique à droite.

8 En fonction de sa position dans le tableau périodique, indique si l’oxygène est un métal ou un non-métal.

Les propriétés physiques ne suffisent pas à classer de façon définitive les métaux et les non-métaux.

Ex. : Le carbone est un conducteur comme les métaux ou le mercure est liquide à température ambiante.

C’est pourquoi nous étudierons quelques propriétés chimiques dans l’activité suivante.

VA À L’ESSENTIEL

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES

• Masse volumique généralement ρ > 2500 kg/m3

• Bons conducteurs électriques

• Malléables

• Masse volumique généralement ρ < 2500 kg/m3

• Mauvais conducteurs électriques sauf le carbone

• Cassants

• Brillants • Mats

• Point de fusion élevé

• État de la matière : solide à température ambiante sauf le mercure

• Ex. : cuivre, fer, or, argent…

• Point de fusion peu élevé

• État de la matière : solide, liquide, gazeux

• Ex. : soufre, carbone…

1 À partir du tableau périodique, indique si les corps purs proposés sont métalliques ou non métalliques.

CORPS PURSMÉTAL OU NON-MÉTAL CORPS PURS ÉLÉMENTAIRES

MÉTAL OU NON-MÉTAL Na

2 Quel métal suis-je ?

a. Je suis de couleur orange et je suis le matériau qui conduit le courant dans les fils électriques.

b. Je rouille et je suis attiré par un aimant.

c. On m’utilise pour fabriquer des gouttières et parfois pour couvrir les toits.

d. Je suis surtout de couleur jaune, je suis précieux et brillant.

3 Karim a récupéré trois fils de même longueur et de même diamètre qu’il appelle A, B et C. À partir des observations ci-dessous, détermine la nature de chaque fil, parmi les possibilités suivantes : le fer, le cuivre, l’aluminium.

• Les fils A et B ne sont pas attirés par l’aimant contrairement au fil C.

• Le fil A est orangé alors que les deux autres sont plus ou moins gris.

• Le fil B est plus léger que les deux autres.

A : B : C :

4 On trouvait, dans le commerce, des ampoules à incandescence. Celles-ci utilisaient un fil métallique. DE FUSION (°C)

Pourquoi avait-on choisi le tungstène pour confectionner le filament de ces ampoules ?

5 Les ampoules à incandescence ont été remplacées par des lampes plus économes en électricité. Ces dernières contenaient approximativement 0,005 % de mercure toxique. Pouvait-on les jeter dans les poubelles normales ?

Ampoule à incandescence

activité 2 LES MÉTAUX ET LES NON-MÉTAUX –PROPRIÉTÉS CHIMIQUES

Déterminons comment réagissent les métaux et les non-métaux au contact de l’eau.

EXPÉRIENCE 1

Sous la hotte, un cube de sodium de 5 mm de côté est coupé fraîchement. Immédiatement, il devient mat au contact de l’air. Le morceau est ensuite jeté dans un cristallisoir contenant de l’eau.

1 Que constates-tu ?

2 Le sodium est-il un métal ou un non-métal ? Regarde dans le tableau périodique.

3 Recommence l’expérience avec du lithium.

a. La réaction est-elle plus vive ou moins vive qu’avec du sodium ?

b. Compare la position du lithium et du sodium dans le tableau périodique et conclus.

c. L’élément chimique suivant dans la colonne Ia est le potassium, comment réagira-t-il dans l’eau ?

4 Recommence l’expérience avec du magnésium en poudre et dans de l’eau chaude.

a. Compare la réaction du sodium avec celle du magnésium.

b. Pourquoi a-t-on utilisé de l’eau chaude ?

c. Ces différents éléments chimiques sont-ils des métaux ou des non-métaux ?

d. Relie ces réactions à la place des métaux dans le tableau périodique.

• Prends un bécher contenant de l’eau.

• Verse un peu de soufre en poudre dans l’eau. 2

1 Que constates-tu ?.

2 Le soufre est-il un métal ou un non-métal ? Regarde dans le tableau périodique..

VA À L’ESSENTIEL

X Les métaux des colonnes Ia et IIa plus ou moins violemment avec l’eau. Plus on descend dans une colonne du tableau périodique, plus ils réagissent vivement. Quand on se déplace de la gauche vers la droite sur une même ligne, ils réagissent de moins en moins vivement.

X Les non-métaux avec l’eau.

1 Pourquoi ne peut-on pas mettre une batterie au lithium endommagée dans un endroit humide ?

2 Indique si le corps pur est métallique (M) ou non-métallique (X/M’).

CORPS PUR MÉTAL/ MÉTAL/

3 Indique si le corps pur est métallique (M) ou non-métallique (X/M’).

PROPOSITIONS

Le cuivre est ductile (qui peut être étiré sans se rompre).

Le fluor est un gaz jaune verdâtre à pression atmosphérique.

Le platine est un bon conducteur d’électricité.

La masse volumique du chrome est de 7,2 kg/dm3

L’étain peut être laminé en feuilles très minces.

Le soufre est cassant.

Le nickel pur est malléable.

À température et pression ordinaires, le brome est un liquide brun-rouge.

Les feuilles de plomb sont utilisées pour le revêtement de toitures.

Le sodium a une masse volumique de 0,971 g/cm3.

4 Observe les photographies ci-dessous.

Grains de diiode

MÉTALNON-MÉTAL

Eau d’iode

a. L’iode est-il un métal ou un non-métal ? Regarde dans le tableau périodique.

b. Que peut-on dire de la réaction de l’iode dans l’eau ?

activité 3 LE TABLEAU PÉRIODIQUE

Voyons quelles sont les propriétés qui ont été retenues par Mendeleïev pour réaliser sa classification périodique. Après avoir lu le texte, réponds aux questions.

Dans l’Antiquité, dix éléments étaient connus : le cuivre, l’or, le fer, l’argent, le carbone, l’étain, le mercure, le platine, le plomb et le soufre. Treize éléments étaient connus avant 1700, en ajoutant à la liste précédente l’arsenic, l’antimoine et le phosphore.

Au cours des xviie et xviiie siècles, les chimistes découvrent de nombreux éléments. Les scientifiques caractérisent les éléments en particulier grâce à leur masse atomique.

En étudiant les propriétés des éléments, les chimistes découvrent que certains d’entre eux ont des propriétés chimiques voisines. Beaucoup tentent de les classer avec plus ou moins de réussite.

Le chimiste russe Dimitri Mendeleïev se rend compte que lorsqu’il les place par ordre de masse atomique croissante, les éléments ayant des propriétés similaires se retrouvent à des intervalles réguliers.

En 1869, Mendeleïev propose une première classification. Il construit un tableau appelé « tableau périodique » qui classe les 63 éléments chimiques alors connus d’après leur masse atomique croissante et leurs propriétés chimiques.

ÉditionsVANIN

Pour respecter la périodicité, Mendeleïev inverse quelques éléments et laisse des cases vides. Il prévoit la découverte de nouveaux élé ments dont il estime la masse atomique et prédit les propriétés. La découverte ultérieure des éléments manquants lui donnera raison !

Par exemple, entre le zinc et l’arsenic, il laisse deux cases vides qui furent occupées par la suite par le gallium et le germanium. À Saint-Pétersbourg, Mendeleïev est honoré par une statue et un tableau périodique géant à côté de l’Institut de techno logie, où il obtint son premier poste d’enseignant, et devant le bureau des « Poids et mesures », dont il fut le directeur.

1 De quoi dépend la masse atomique des éléments chimiques ?

2 Après avoir découpé les cartes qui se trouvent sur l’annexe de ton livre-cahier (page 215), trie-les une première fois en fonction de leur masse atomique croissante. Ensuite, trouve leur périodicité grâce à leurs propriétés chimiques et, enfin, complète le tableau périodique ci-dessous en y plaçant les symboles et en suivant l’ordre de ton classement.

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa 0 1 2 10 Ne gaz inerte 3 18 Ar gaz inerte

Observe le tableau périodique situé en deuxième de couverture.

Z est le nombre atomique qui caractérise l’atome, il se situe dans chaque case du tableau périodique en fonction de la légende donnée : ici, en haut et à gauche. Il correspond à la charge du noyau et, dans un atome, au nombre d’électrons.

Dans ce cas, pour l’élément hydrogène : Z = 1 Au milieu, le symbole chimique de l’élément : H En bas au centre, la masse atomique (A) de l’élément : 1,01 H 1,01

X Puisque la masse des électrons est négligeable, la masse atomique ( ) correspond approximativement à la masse du noyau. À L’ESSENTIEL

X Le nombre atomique ( ) est caractéristique de l’atome et comme l’atome est neutre, Z est égal au nombre d’électrons ou de protons.

1 À partir du tableau périodique, complète les cases suivantes.

2 Complète les cases pour les éléments suivants : potassium, mercure, tungstène, manganèse et étain.

Voyons ce qui se passe au sein de la matière lors d’une réaction chimique.

• Prends deux béchers.

• Verse 20 mL d’une solution de nitrate d’argent dans le premier bécher.

• Verse d’une de chlorure dans le

1 Quelle est la couleur des deux solutions ?

Pour rappel, les substances initiales sont appelées réactifs.

• Verse le contenu de l’un des béchers dans l’autre.

2 Quelle est la couleur obtenue après mélange des deux solutions ?

• Laisse le bécher au repos pendant 10 minutes.

3 Qu’observes-tu dans la partie inférieure du bécher ?

Le précipité obtenu est du chlorure d’argent.

Certaines réactions chimiques peuvent produire un solide qui se dépose ou précipite dans le fond du récipient. On appelle ce dépôt un précipité.

4 Qu’observes-tu dans la partie supérieure du bécher ?

Le surnageant est du nitrate de potassium.

5 Comment pourrais-tu vérifier qu’il s’est bien formé un corps solide ?

Pour rappel, les substances qui se forment au cours d’une réaction chimique sont appelées les produits. L’équation de la réaction chimique modélise la réorganisation des atomes des réactifs pour former des produits. Les réactifs seront placés dans la partie gauche et les produits dans la partie droite de l’équation. Réactifs et produits sont séparés par une flèche.

6 Note, en suivant les règles citées ci-dessus, l’équation nominative de la réaction chimique que tu viens de réaliser.

EXPÉRIENCE 2

• Verse dans un tube à essai une solution d’acide chlorhydrique (HCl).

• Place ensuite un morceau de ruban de magnésium (Mg) dans le tube.

1 Qu’observes-tu dans le tube à essai ?

Tube à essai contenant de l'acide chlorhydrique et du magnésium

2 S’agit-il d’un phénomène physique ou d’une réaction chimique ? Justifie.

3 Si tu touches le tube à essai, que constates-tu ?

Lorsqu’il y a production de chaleur au cours d’une réaction chimique, on parle de réaction exothermique.

4 Que dois-tu faire pour déterminer la nature du gaz qui s’échappe ?

5 Tu connais déjà un certain nombre de gaz faciles à tester. Pour chaque gaz, complète le test à réaliser.

Dihydrogène : Dioxygène :

Dioxyde de carbone :

Vapeur d’eau :

• Remets un morceau de magnésium dans la solution d’acide chlorhydrique.

• Récolte le gaz.

6 a. En fonction des formules des réactifs, quelle pourrait être la nature du gaz ?

• Teste le gaz.

b. Quelle est la nature de ce gaz ?

c. Comment savoir si la réaction chimique est terminée ?

d. Le liquide incolore présent en fin de réaction dans le tube à essai est une solution de chlorure de magnésium. Écris l’équation chimique nominative de la réaction étudiée selon les règles citées plus haut.

On appelle réaction de volatilisation une réaction au cours de laquelle se forme un gaz.

Dans certaines conditions et pour autant qu’ils forment une entité plus stable que le système initial, les atomes peuvent échanger certains de leurs électrons ou en mettre en commun, pour former un « objet composite » appelé molécule

VA À L’ESSENTIEL

X L’équation de la réaction modélise la transformation des réactifs en produit(s).

X Les réactifs sont placés dans la partie et les produits dans la partie de l’équation. Réactifs et produits sont séparés par une flèche.

Déterminons ce que l’on appelle « les ions » et comment ils se forment.

EXPÉRIENCE

1 Complète les observations des expériences faites en classe.

SCHÉMAS OBSERVATIONS distillée = A (Ampère) = 9 V = A U = 9 V

2 Dans quelle condition le courant peut-il passer ?

Le sel de cuisine ne reste pas sous forme de NaCl dans l’eau, comme indiqué précédemment.

3 Observe l’étiquette d’une bouteille d’eau « minérale » qui contient de nombreux sels minéraux dissous et réponds aux questions.

Eau Vive

Composition moyenne en g/L

Cations 0,25 Cl 0,03 0,10 F 0,01

Anions 0,02 SO42– 0,52 0,01 NO3 0,001minérale 1,5 L

a. Relève les différents éléments présents que tu reconnais et nomme-les.

b. Quelle différence y a-t-il entre les symboles que tu viens de relever et leur écriture sur l’étiquette ?

Ces espèces chimiques électriquement chargées sont des ions

c. Donne la signification de « électriquement chargée ».

d. Quelle est la particularité des éléments neutres ?

e. Quelle hypothèse peux-tu émettre concernant ces particules ?

f. Sachant que la charge du noyau ne change pas, quelles sont les particules dont le nombre a changé ?

g. À partir de cette même étiquette d’eau, trouve deux critères de classement pour ces ions et relève un exemple de chaque type.

h. Complète les phrases suivantes.

• Un ion composé d’un est appelé ion monoatomique.

• Un ion composé de est appelé ion polyatomique.

i. Compare le nombre d’électrons et de protons pour l’atome de sodium et l’ion sodium. Fais de même pour l’atome de chlore et l’ion chlorure.

Charges du noyau

Électron

protons électrons

atome de sodium protons électrons cation sodium Na+ protons électrons

atome de chlore protons électrons anion chlorure Cl

j. Quelle est la différence essentielle entre un atome et son ion ?

k. Quel est le point commun entre un atome et son ion ?

l. Complète la phrase suivante. Un ion peut porter :

• un d’électrons par rapport à l’atome électriquement neutre : c’est un ion chargé « négativement » appelé anion ;

• un d’électrons par rapport à l’atome électriquement neutre : c’est un ion chargé « positivement » appelé cation

4 Complétons le tableau suivant.

SYMBOLES ATOMES CHARGE DU NOYAU NOMBRE D’ÉLECTRONS CHARGE TOTALE

SYMBOLES DES IONS CHARGE DU NOYAU NOMBRE D’ÉLECTRONS CHARGE TOTALE Une espèce

X Un ion peut porter :

• un défaut d’électrons par rapport à l’atome électriquement neutre, c’est un ion chargé appelé ;

• un excès d’électrons par rapport à l’atome électriquement neutre, c’est un ion chargé appelé . À L’ESSENTIEL

APPLICATIONS

1 Les dentifrices au fluor sont recommandés pour prévenir les caries dentaires. Ils contiennent des ions fluorure F .

a. Quel est le symbole chimique de l’atome de fluor ?

b. Quel est son nombre atomique ?

c. L’ion fluorure contient-il plus ou moins d’électrons que l’atome de fluor ?

2 L’ion magnésium est nécessaire à l’organisme. Il est présent dans le cacao et dans certaines eaux minérales.

a. Quelle est la formule de cet ion ?

ÉditionsVANIN

b. L’ion magnésium comporte-t-il plus ou moins d’électrons que l’atome correspondant ? Combien ?

X Les constituants de la matière se classent de la manière suivante :

MÉLANGES

NON OUI MATIÈRE

CORPS PURS

À RETENIR PARTIE composée de molécules identiques ?

X Un corps pur est une espèce chimique dans laquelle il n’y a qu’une seule sorte d’entités (atomes ou molécules – assemblage d’entités identiques).

X Un mélange est une espèce chimique dans laquelle il y a plusieurs sortes d’entités (assemblage d’entités différentes).

X Une molécule représente la plus petite quantité de matière possédant les caractéristiques de la substance considérée. Il s’agit d’un assemblage d’atomes. Chaque molécule a des propriétés propres.

X Modèle atomique simplifié (Rutherford-Chadwick) L’atome est une entité qui comporte un noyau minuscule et dense de charge positive et composé de protons (positifs) et de neutrons (neutres). Des particules négatives, les électrons, gravitent sur des couches électroniques à grande distance du noyau. L’atome est électriquement neutre, car la charge positive du noyau est égale à la charge négative des électrons.

X On a attribué un symbole à chaque atome (voir p. 138 et deuxième de couverture).

X On écrit une formule chimique en indiquant quels atomes entrent dans sa composition et en quelle proportion.

X L’indice, dans une formule chimique, est le nombre placé en bas à droite du symbole chimique ou du groupe de symboles mis entre parenthèses pour indiquer le nombre d’atomes ou d’ions contenus dans une molécule. L’indice « 1 » ne s’écrit pas.

Sciences pour se qualifi er  © Éditions Van In, 2021

X Propriétés distinctives des métaux et des non-métaux

PROPRIÉTÉS DES MÉTAUX

• Masse volumique généralement ρ > 2500 kg/m3

• Bons conducteurs électriques

• Malléables

• Brillants

• Point de fusion élevé

• État de la matière : solide à température ambiante sauf le mercure

• Réaction plus ou moins violente au contact de l’eau

PROPRIÉTÉS DES NON-MÉTAUX

• Masse volumique généralement ρ < 2500 kg/m3

• Mauvais conducteurs électriques sauf le carbone

• Cassants

• Mats

• Point de fusion peu élevé

• État de la matière : solide, liquide, gazeux

• Généralement pas de réaction avec l’eau

• Ex. : cuivre, fer, or, argent, sodium…• Ex. : soufre, carbone…

X Une espèce chimique électriquement chargée est un ion. RETENIR PARTIE

X L’équation de la réaction chimique modélise la transformation des réactifs en produit(s).

Les réactifs sont placés dans la partie gauche et les produits dans la partie droite de l’équation. Réactifs et produits sont séparés par une flèche. Réactif(s)  Produit(s)

APPLICATIONS GLOBALES

1 Complète ces mots croisés. 9

HORIZONTAL

2. Permet le vol de certains ballons.

5. Très toxique, il servait dans les thermomètres.

6. Présent dans l’atmosphère, produit par photosynthèse et indispensable à la vie.

7. Son oxydation accélérée par l’humidité forme la rouille.

8. Entre dans la composition des batteries et des accumulateurs.

9. Entre dans la composition des os.

VERTICAL

1. Entouré d’une enveloppe isolante, il compose l’âme du fil électrique.

3. Il est le composant unique du diamant.

4. Compose à 78 % l’atmosphère terrestre.

5. En poudre, sa combustion servait de flash dans les appareils photographiques.

2 Complète les phrases suivantes.

a. Une molécule est un assemblage d’ liés entre eux.

b. La molécule d’eau de formule H2O est composée de atomes d’hydrogène et d’ atome d’

c. Des molécules peuvent être représentées par des moléculaires.

3 Le symbole chimique d’un élément peut être constitué d’une lettre unique. Dans ce cas, il s’agira toujours :

 d’une majuscule.  d’une minuscule.

4 Le symbole chimique d’un élément sera constitué de deux lettres pour éviter les confusions. Dans ce cas, la seconde lettre sera toujours :

 une majuscule.  une minuscule.

5 Recherche dans le tableau périodique les noms des éléments chimiques correspondants aux symboles suivants.

a. S : b. Zn : c. Ca :

6 À l’aide de ton tableau périodique, détermine quel élément correspond au symbole C.

 calcium

 cobalt

 carbone

 cuivre

 chlore  cadmium

7 Donne les formules des molécules suivantes :

a. dihydrogène : b. eau : c. dioxyde de carbone : d. dioxygène :

8 Place chaque « expression » dans sa catégorie: H2, Cl , Al, CO, CH4, Co, Zn2+, Cu.

a. Formules d’atomes :

b. Formules de molécules :

c. Formules d’ions :

9 Coche les affirmations exactes.

 Les électrons ne portent pas de charges

 Les atomes sont électriquement neutres

 Les ions sont électriquement chargés