La chimie à l’école — Années 1 à 12 · Grades 1–12
4L’air, un mélange de gaz
Un jour de vent, un cerf-volant tire sur sa ficelle et, sur le lac, une voile se gonfle et pousse un bateau. Quelque chose les pousse, et pourtant on ne voit rien. Ce quelque chose, c’est l’air. On ne le voit pas, mais il est partout autour de nous : il remplit chaque bouteille vide et chaque pièce, et nous en prenons à chaque respiration. De quoi l’air est-il fait ?
Rappel
Mélanger, c’est mettre des choses différentes ensemble ; on obtient un mélange de ces choses, et rien ne se perd quand on les mélange (Chapitre 2).
4.1 L’air est partout autour de nous
Exemple 4.1 (Un verre retourné)
On enfonce un mouchoir en papier sec au fond d’un verre vide. On retourne le verre et on l’enfonce bien droit dans une bassine d’eau. Quand on le ressort, le mouchoir est toujours sec. Le verre n’était pas vide : il était plein d’air, et l’air a empêché l’eau d’entrer.
Remarque 4.2 (L’air est un gaz)
L’air est un gaz : il n’a pas de forme propre et s’étale pour remplir tout récipient. C’est pourtant de la matière, et un ballon plein d’air pèse un peu plus que le même ballon vide. Ce que sont les gaz, et pourquoi ils se comportent ainsi, c’est le livre de physique qui le raconte.
4.2 L’air est un mélange
Définition 4.3 (Air)
L’air est le mélange de gaz qui entoure la Terre. Ce n’est pas un gaz unique : plusieurs gaz y sont mélangés, et on peut les séparer les uns des autres.
Proposition 4.4 (De quoi l’air est fait)
Si l’on met de côté sa vapeur d’eau, l’air est fait :
- d’azote, environ les quatre cinquièmes de l’air ;
- d’oxygène, environ un cinquième de l’air ;
- d’un peu d’argon, environ 1 part sur 100 ;
- d’un tout petit peu de dioxyde de carbone, environ 4 parts sur 10 000, et de minuscules quantités d’autres gaz.
L’air contient aussi de la vapeur d’eau, invisible : très peu par une journée froide et sèche, jusqu’à environ 4 parts sur 100 par une journée chaude et humide.
Exemple 4.5 (Cent bouteilles d’air)
Imagine 100 bouteilles d’air sec, et les gaz de l’air triés dans des bouteilles séparées. Environ 78 bouteilles contiendraient de l’azote, 21 bouteilles de l’oxygène, et la dernière de l’argon, avec l’équivalent de quelques gouttes de dioxyde de carbone et d’autres gaz.
Remarque 4.6 (Des noms de gaz)
Azote, oxygène, argon et dioxyde de carbone sont des noms de gaz. Ils sont tous incolores et n’ont pas d’odeur. Un chapitre suivant montre de quoi chacun d’eux est fait, jusqu’aux toutes petites particules qui forment toute la matière.
4.3 L’air que nous inspirons et expirons
Proposition 4.7 (L’air expiré)
L’air que nous expirons n’est pas l’air que nous avons inspiré. Notre corps prend une partie de l’oxygène et rejette du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau :
Exemple 4.8 (Une salle pleine de monde)
Dans une petite salle de classe aux fenêtres fermées, trente personnes rejettent du dioxyde de carbone toute la matinée. Peu à peu, l’air de la salle contient moins d’oxygène et plus de dioxyde de carbone, et chacun se sent fatigué. Ouvrir les fenêtres fait entrer de l’air frais.
Remarque 4.9 (Pourquoi les plongeurs respirent de l’air)
La bouteille d’un plongeur est remplie d’air comprimé dans un petit volume, pas d’oxygène pur : respirer de l’oxygène pur en profondeur est dangereux. L’azote de l’air est là pour diluer l’oxygène.
4.4 De l’oxygène pour la vie et pour le feu
Proposition 4.10 (L’oxygène est consommé par les êtres vivants et par les flammes)
De tous les gaz de l’air, l’oxygène est celui dont ont besoin les êtres vivants et les flammes. Les animaux et les humains le prélèvent en respirant ; une flamme le prend dans l’air qui l’entoure. Les plantes vertes, à la lumière du jour, rendent de l’oxygène à l’air.
Au laboratoire — Une bougie sous un bocal
L’enseignant allume une bougie posée sur un carreau et descend lentement un grand bocal en verre par-dessus. La flamme rapetisse, vacille et s’éteint au bout de quelques secondes : autour de la flamme, l’air contient trop peu d’oxygène pour qu’elle continue de brûler. Sous un bocal deux fois plus grand, la bougie brûle environ deux fois plus longtemps, car il y a environ deux fois plus d’air, donc deux fois plus d’oxygène, à consommer.
Remarque 4.11 (L’azote ne brûle pas)
L’azote est la plus grande partie de l’air, et pourtant il n’entretient pas une flamme, et notre corps ne l’utilise pas. Si l’air n’était que de l’azote, nous ne pourrions pas respirer et rien ne pourrait brûler.
4.5 Exercices
Exercice 4.1 ★
L’air est-il un gaz unique ou un mélange ? Nomme les deux principaux gaz de l’air.
Exercice 4.2 ★
Quelle fraction de l’air, environ, est de l’azote ? Quelle fraction, environ, est de l’oxygène ?
Solution
Solution de Exercice 4.2.
Environ les quatre cinquièmes de l’air sont de l’azote, environ un cinquième de l’oxygène.
Exercice 4.3 ★
Dans 100 litres d’air sec, combien de litres, environ, sont de l’azote ? Combien de litres, environ, sont de l’oxygène ?
Solution
Solution de Exercice 4.3.
Environ 78 litres d’azote et environ 21 litres d’oxygène.
Exercice 4.4 ★
On enfonce une bouteille vide, retournée, dans une bassine d’eau. Pourquoi l’eau ne remplit-elle pas la bouteille ?
Exercice 4.5 ★
Regarde le diagramme en barres. De quel gaz y a-t-il moins dans l’air expiré ? De quel gaz y a-t-il plus ?
Solution
Solution de Exercice 4.5.
Il y a moins d’oxygène (16 parts sur 100 au lieu de 21) et plus de dioxyde de carbone (4 parts sur 100 au lieu de presque rien).
Exercice 4.6 ★
De quel gaz de l’air une flamme a-t-elle besoin ? De quel gaz de l’air avons-nous besoin pour respirer ?
Solution
Solution de Exercice 4.6.
L’oxygène dans les deux cas : une flamme et notre corps utilisent tous deux l’oxygène de l’air.
Exercice 4.7 ★
Regarde la figure aux 100 cases. Combien de cases sont de l’azote ? Combien n’en sont pas ?
Solution
Solution de Exercice 4.7.
78 cases sont de l’azote ; cases n’en sont pas.
Exercice 4.8 ★
Pourquoi une bougie placée sous un bocal s’éteint-elle au bout d’un moment ?
Solution
Solution de Exercice 4.8.
La flamme consomme l’oxygène de l’air du bocal. Quand il reste trop peu d’oxygène autour de la flamme, elle s’éteint.
Exercice 4.9 ★
Dans 500 litres d’air, combien de litres, environ, sont de l’oxygène ? (Un cinquième de l’air est de l’oxygène.)
Solution
Solution de Exercice 4.9.
Un cinquième de 500 litres : litres d’oxygène.
Exercice 4.10 ★★
Pourquoi est-il bon d’ouvrir les fenêtres d’une salle de classe entre les cours ?
Solution
Solution de Exercice 4.10.
Les personnes présentes inspirent de l’oxygène et expirent du dioxyde de carbone. Ouvrir les fenêtres fait revenir de l’air frais, avec plus d’oxygène et moins de dioxyde de carbone.
Exercice 4.11 ★★
Une bougie brûle pendant 10 secondes sous un petit bocal. Combien de temps, environ, brûlerait-elle sous un bocal contenant trois fois plus d’air ?
Solution
Solution de Exercice 4.11.
Trois fois plus d’air contient trois fois plus d’oxygène : environ secondes.