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La composition de l'air

L'air est un mélange de gaz. En volume, l'air sec contient environ 78 % d'azote, 21 % d'oxygène, 0.93 % d'argon et 0.04 % de dioxyde de carbone, avec de minuscules quantités d'autres gaz nobles. La vapeur d'eau varie de 0 à environ 4 %. On peut montrer que l'air est un mélange et mesurer son oxygène en laissant du fer rouiller (ou du phosphore brûler) dans un tube fermé : l'eau monte d'environ un cinquième. Des polluants comme la fumée, le dioxyde de soufre, les oxydes d'azote et le monoxyde de carbone rendent l'air nocif, et nous pouvons les réduire.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. L'air a l'air vide, mais c'est un mélange de gaz. Imagine tout l'air d'une pièce comme 100 billes. Chaque bille représente 1 partie sur 100.
  2. 78 billes sont de l'azote. L'azote ne brûle pas et n'aide pas les choses à brûler. Il empêche les feux d'être trop violents.
  3. 21 billes sont de l'oxygène. Nous le respirons, et les combustibles en ont besoin pour brûler.
  4. Il reste seulement 1 bille. C'est surtout de l'argon, un gaz noble. Le dioxyde de carbone est minuscule : seulement 0.04 %. La vapeur d'eau change d'un jour à l'autre.
  5. On peut mesurer l'oxygène. La laine de fer rouille dans un tube d'air placé au-dessus de l'eau. La rouille consomme l'oxygène, donc l'eau monte d'environ un cinquième.
  6. À toi de jouer : choisis un gaz et un volume d'air pour voir quelle quantité de ce gaz il contient. Ajoute de la pollution et regarde apparaître des particules nocives.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Si l'air est surtout de l'azote, pourquoi ne peut-on pas respirer de l'azote seul ?

Nos cellules ont besoin d'oxygène pour libérer l'énergie des aliments. L'azote entre et sort de nos poumons sans changer. De l'azote pur nous étoufferait.

Pourquoi le CO₂ est-il un sujet si important s'il ne représente que 0.04 % ?

Même une petite quantité retient la chaleur. Le faire passer de 0.03 % à 0.04 % a déjà réchauffé la Terre. Petite part, grand effet.

Pourquoi l'eau s'arrête-t-elle à un cinquième au lieu de monter jusqu'en haut ?

Seul l'oxygène (environ 21 %) est consommé. L'azote et l'argon sont toujours là et gardent leur place.

La vapeur d'eau fait-elle partie de l'air ?

Oui, mais sa quantité change (0–4 %), donc les tableaux donnent la composition de l'air sec. Les jours humides, il y en a plus.

Pourquoi utilise-t-on l'argon plutôt que l'azote dans certaines ampoules et en soudure ?

L'argon est un gaz noble et ne réagit pas du tout, même très chaud. L'azote peut réagir à très haute température.

La pollution change-t-elle la répartition 78/21 ?

À peine. Les polluants sont en toute petite quantité mais très nocifs. Ils s'ajoutent à la partie « autres » (curseur de l'étape 6).

L'air est un mélange, pas un composé

Un mélange est formé de deux substances ou plus, mélangées mais non liées par une réaction chimique. L'air est un mélange. Comment le sait-on ?

Quels gaz y a-t-il dans l'air ?

Dans l'air sec et propre (en volume) :

GazPourcentageRôle principal
Azote, N₂environ 78 %Dilue l'oxygène ; les plantes l'obtiennent grâce aux bactéries du sol ; sert à fabriquer des engrais
Oxygène, O₂environ 21 %Respiration et combustion (brûler)
Argon, Arenviron 0.93 %Gaz noble qui ne réagit pas
Dioxyde de carbone, CO₂environ 0.04 %Les plantes l'utilisent pour la photosynthèse ; retient la chaleur
Néon, hélium, krypton, xénontraces minusculesGaz nobles

La vapeur d'eau n'est pas dans le tableau parce qu'elle varie : presque 0 % dans un désert, environ 4 % dans une forêt tropicale humide. L'air transporte aussi de la poussière, du pollen et des microbes.

Gaz nobles : propriétés et utilisations

L'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon sont les gaz nobles (groupe 18). Leurs atomes ont la couche externe pleine, donc ils ne réagissent presque jamais. Ils sont incolores et sans odeur.

Mesurer l'oxygène de l'air

Idée : on piège un volume connu d'air. On consomme seulement l'oxygène. On regarde de combien le volume diminue.

Méthode 1 : fer qui rouille

Pousse de la laine de fer humide tout en haut d'un tube gradué. Pose le tube à l'envers dans l'eau. Pendant quelques jours, le fer rouille. La rouille consomme de l'oxygène, donc l'eau monte dans le tube pour prendre sa place. Elle s'arrête à environ 1/5 (21 %) du volume d'air.

Méthode 2 : combustion du phosphore (cloche)

On brûle du phosphore rouge dans une cloche posée dans l'eau. Il réagit avec l'oxygène et forme un oxyde solide blanc, qui se dissout. Quand la cloche refroidit, l'eau monte d'environ 1/5 de la hauteur.

Méthode 3 : cuivre chauffé et deux seringues

On pousse 100 cm³ d'air dans les deux sens sur du cuivre chaud, entre deux seringues à gaz. Le cuivre devient noir (oxyde de cuivre) en prenant l'oxygène. Après refroidissement, il reste environ 79 cm³, donc environ 21 cm³ étaient de l'oxygène.

Pourcentage d'oxygène = (volume consommé ÷ volume de départ) × 100. Le gaz restant n'entretient pas la combustion : une allumette enflammée s'y éteint. Cela montre que c'est surtout de l'azote.

Pollution de l'air : sources, effets et protection

Un polluant est une substance ajoutée à l'air qui nuit aux êtres vivants ou aux bâtiments.

PolluantSource principaleEffet
Particules (PM2.5, PM10, suie)Moteurs diesel, brûlage des déchets agricoles, poussièrePénètrent profondément dans les poumons ; asthme, maladies du cœur ; smog
Monoxyde de carbone (CO)Combustion avec trop peu d'air ; gaz d'échappementPoison : empêche le sang de transporter l'oxygène
Dioxyde de soufre (SO₂)Combustion de charbon et de pétrole contenant du soufrePluies acides ; problèmes respiratoires ; abîme le marbre
Oxydes d'azote (NO, NO₂)Moteurs de voiture très chauds ; centrales électriquesPluies acides ; smog
CO₂ en excès, méthaneCombustion des énergies fossiles ; élevages et culturesRetiennent la chaleur : réchauffement climatique

Protéger l'air

Essaie chez toi

Enfonce une petite boule de laine d'acier humide (celle qu'on utilise pour récurer les casseroles) au fond d'un grand verre. Retourne le verre dans une assiette d'eau. Marque le niveau de l'eau avec un ruban adhésif. Regarde après 3 jours. L'eau monte d'environ un cinquième de la hauteur d'air. Tu viens de mesurer l'oxygène de l'air ! (Demande l'aide d'un adulte ; aucune flamme n'est nécessaire.)

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Une salle de classe contient 200 m³ d'air. Environ quelle quantité est de l'oxygène ?

Oxygène ≈ 21 % de 200 m³ = 0.21 × 200 = 42 m³.

2. Dans l'expérience du cuivre, 100 cm³ d'air diminuent jusqu'à 79 cm³. Trouve le pourcentage d'oxygène.

Oxygène consommé = 100 − 79 = 21 cm³. Pourcentage = 21 ÷ 100 × 100 = 21 %.

3. Un tube contient 50 cm³ d'air. Après que la laine de fer a rouillé, il reste 40 cm³ de gaz. Quel pourcentage de l'air était de l'oxygène ? Est-ce proche de la vraie valeur ?

Consommé = 50 − 40 = 10 cm³. Pourcentage = 10 ÷ 50 × 100 = 20 %. Oui, c'est proche de 21 % (les petites erreurs viennent de la lecture de l'échelle ou du fer qui n'a pas consommé tout l'oxygène).

4. Pourquoi utilise-t-on l'argon dans les ampoules et pas l'oxygène ?

L'oxygène ferait brûler le filament chaud, qui casserait. L'argon est un gaz noble : il ne réagit pas, donc le filament dure plus longtemps.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. Quel gaz forme la plus grande partie de l'air ?
2. Quelle fraction de l'air est de l'oxygène, environ ?
3. Quel gaz noble trouve-t-on dans l'air ?
4. Pourquoi l'eau monte-t-elle dans un tube où la laine de fer rouille ?
5. Quel polluant cause surtout les pluies acides ?

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Quelle est la composition de l'air ?

L'air sec contient environ 78 % d'azote, 21 % d'oxygène, 0.93 % d'argon et 0.04 % de dioxyde de carbone, avec des traces de néon, d'hélium, de krypton et de xénon, plus une quantité variable de vapeur d'eau.

Comment montrer que l'air contient environ 21 % d'oxygène ?

On consomme l'oxygène d'un volume d'air piégé, en faisant rouiller du fer, brûler du phosphore ou chauffer du cuivre. Le volume diminue d'environ un cinquième.

Pourquoi dit-on que l'air est un mélange ?

Ses gaz ne sont pas liés chimiquement, les quantités peuvent varier, chaque gaz garde ses propres propriétés, et on peut les séparer par des méthodes physiques comme la distillation fractionnée.

Où c'est enseigné

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIOxygen, hydrogen and their compounds; air
China九年级(初三)U2 Air and oxygen

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