Fiche brevet Sciences : Organisation de la matière (atomes, molécules, états, mélanges)

Notions à connaître

Cours expliqué simplement

La matière qui nous entoure est constituée d'atomes et de molécules. Un atome est la plus petite unité d'un élément chimique. Il est composé d'un noyau (protons et neutrons) et d'électrons en mouvement autour. Les molécules sont des assemblages d'atomes liés entre eux. Par exemple, la molécule d'eau H₂O contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Les atomes sont représentés par des symboles (H, O, C, N...) et les molécules par des formules. La matière existe sous trois états physiques : solide, liquide et gaz. Dans un solide, les molécules sont ordonnées et immobiles (elles vibrent sur place). Dans un liquide, elles sont désordonnées et peuvent glisser les unes sur les autres. Dans un gaz, elles sont très désordonnées et se déplacent rapidement. Les gaz sont compressibles car il y a beaucoup d'espace entre les molécules. Les changements d'état (fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction) se produisent à température constante. Lors d'un changement d'état, la masse reste la même car le nombre de molécules ne change pas, mais le volume peut varier considérablement (exemple : l'eau liquide occupe un volume beaucoup plus petit que la vapeur d'eau). Un mélange peut être homogène (une seule phase, comme l'eau salée) ou hétérogène (plusieurs phases, comme l'eau et l'huile). Pour séparer les constituants d'un mélange, on utilise des techniques comme la décantation (pour deux liquides non miscibles), la filtration (pour séparer un solide d'un liquide) ou la distillation (pour séparer des liquides de températures d'ébullition différentes). Des tests simples permettent d'identifier certaines substances. Le sulfate de cuivre anhydre devient bleu au contact de l'eau. L'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone. Une bûchette incandescente se ravive dans le dioxygène. Le dihydrogène produit une détonation en présence d'une flamme. La masse volumique est une grandeur qui relie la masse et le volume : ρ = m/V. Pour l'eau liquide, elle vaut 1 g/mL. La glace a une masse volumique plus faible (0,92 g/cm³), ce qui explique qu'elle flotte. Enfin, lors d'une transformation chimique, la masse se conserve. Les atomes des réactifs se réarrangent pour former les produits, mais aucun atome n'est perdu ni créé. Par exemple, la combustion du carbone dans le dioxygène produit du dioxyde de carbone : la masse totale reste la même.