L’état gazeux

Cours de chimie niveau seconde –2. Modélisation des transformations de la matière et transfert d’énergie– B) Transformations physiques

• Propriétés macroscopiques de l’état gazeux
• Propriétés microscopiques de l’état gazeux
• Transformations physiques de l’état gazeux
• Effets d’un échange d’énergie thermique sur un gaz
• Comment savoir si un corps est à l’état gazeux ?
• Notation de l’état gazeux
• Quelques corps à l’état gazeux dans les conditions usuelles

Propriétés macroscopiques de l’état gazeux

• Un corps à l’état gazeux est caractérisé par l’absence de forme propre et de volume propre.

Un gaz n’a pas de forme qui lui est propre car il adopte la forme du récipient qui le reçoit.

Un gaz n’a pas de volume propre car lorsqu’il est enfermé dans un récipient il occuppe tout l’espace qui lui est offert et son volume dépend donc du volume du récipient.

• Un gaz peux s’écouler

• Un gaz est compressible et expansible.

Il s’agit d’une conséquence de l’absence de volume propre:

– si l’on réduit le volume du récipient alors le volume du gaz se réduit égalent, il est comprimé.

– si l’on augmente le volume du récipient alors le volume du gaz augmente aussi, il est détendu.

• Un gaz incolore est invisible

Alors qu’un solide ou liquides mêmes transparents et incolores, sont toujours observable, un gaz incolore ne peut être distingué à l’oeil nu.

Propriétés microscopiques de l’état gazeux

Les entités chimiques qui constituent un gaz peuvent être:

• des atomes (par exemple hélium, néon argon..)
• des molécules (eau, dioxyde de carbone, dihydrogène…)

Les entités chimiques qui constituent un gaz sont libres de ce déplacer dans tout l’espace qui leur est offert: chacune d’entre elle suit une trajectoire rectiligne jusqu’à ce qu’une collision (avec une autre entité chimique) modifie la direction de cette trajectoire.

En raison de l’agitation des entités chimique d’un gaz on qualifie cet état de désordonné.

En raison de la dispersion des entités chimiques dans l’espace offert au gaz on qualifie cet état de dispersé.

A l’échelle microscopique on dit donc que l’état gazeux est désordonné et dispersé.

Transformations physiques de l’état gazeux

La principale transformation physique que peut subir un gaz est la liquéfaction.

La liquéfaction est le passage de l’état gazeux à l’état liquide, elle se produit lorsque la température du gaz atteint sa température d’ébullition (qui coïncide avec la température de liquéfaction)

Un gaz, lors d’une baisse brutale de température, peut aussi subir une condensation, c’est à dire un passage direct de l’état gazeux à l’état solide sans passer par l’intérmédiaire d’un état liquide (par exemple la vapeur d’eau contenue dans un air humide peut directement former de la glace lorsque cet air pénètre dans un congélateur).

Effets d’un échange d’énergie thermique sur un gaz

Si un gaz reçoit de l’énergie thermique alors sa température augmente

Si un gaz cède de l’énergie thermique au milieu extérieur alors:

• sa température diminue
• il se liquéfie (passe à l’état liquide) si sa température d’ébullition est atteinte.

Comment savoir si un corps est à l’état gazeux ?

Pour savoir si un corps pur est gazeux on peut soit:

• exploiter ses propriétés macroscopiques
• exploiter ses propriétés microscopiques
• comparer sa température à sa température d’ébullition (dans le cas d’un corps pur)

Propriétés macroscopiques.

L’état gazeux est le seul caractérisé par l’absence de volume propre par conséquent, pour montrer qu’un corps est gazeux, on peut aux choix vérifier:

• qu’il occuppe tout l’espace qui lui est offert
• qu’il change de volume lorsqu’on le transvase dans un autre récipient
• qu’il est compressible ou expansible

Si corps (en quantité non négligeable) n’est pas observable alors il s’agit d’un gaz incolore.

Propriétés microscopiques

A l’échelle microscopique seul l’état gazeux est dispersé, il suffit donc de vérifier que les entités chimiques d’un corps ne sont pas en contact pour démontrer qu’il s’agit d’un gaz.

Température d’ébullition

Pour vérifier qu’un corps pur est à l’état gazeux on peu aussi vérifier que sa température est supérieure à sa température d’ébullition.

Dans le cas où la température du corps est égale à la température d’ébullition alors l’état gazeux peut coexister avec l’état liquide.

Attention, la température d’ébullition varie avec la pression (en générale elle diminue avec la pression) et par conséquent si un gaz est comprimé ou détendu sa température d’ébullition peut varier, la plage de température où il reste à l’état gazeux peut être différente.

Notation de l’état gazeux

Lorsqu’une espèce chimique est à l’état gazeux il est possible de préciser cet état dans une équation de changement d’état et éventuellement dans une équation de réaction. La formule de l’espèce chimique gazeuse est suivie de la lettre “g” (“g” comme gaz) notée entre parenthèses.

Par exemples:

• H₂O(g) pour de l’eau à l’état gazeux
• O₂(g) pour du dioxygène gazeux
• CO₂ (g) pour du dioxyde de carbone gazeux

Quelques corps à l’état gazeux dans les conditions usuelles

Voici quelques corps purs qui dans les conditions usuelles ( à une température ambiante de 20°C et sous une pression d’une atmosphère) sont à l’état gazeux:

Gaz noble:

• Hélium
• Néon
• Argon
• Krypton
• Xénon

Gaz de l’air

• Dioxygène
• Diazote
• Dioxyde de carbone

Alcanes

• Méthane
• Ethane
• Propane
• Butane

Autres gaz

• Ammoniac
• Chlorure d’hydrogène
• Dichlore
• Difluor
• Dihydrogène
• Dioxyde de soufre
• Monoxyde de carbone
• Ozone
• Sulfure d’hydrogène