ENSEIGNER
dimanche 24 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Etude des gaz (Marrakech)
Maroc  -  Première (2ème année)  -  Gaz

Activité 1: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

 
La figure ci-dessous représente les variations du produit pV en fonction de la pression pour une mole de gaz différents (H2, N2, air, etc.) pris à la température de la glace fondue q = 0°C.



Figure 9 : Domaine de validation des lois des gaz

Discutez en dyade avant de donner une réponse commune aux questions suivantes :
  1. Discuter les variations du produit pV à une température constante.
  2. Est-ce que les gaz obéissent à la loi de Boyle-Mariotte ?
  3. Quel est le domaine de validité de cette loi ?

But: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

L’objectif de cette activité est de montrer que les lois établies précédemment ne sont valables que dans certaines conditions : faibles pression et dans certaines conditions qui ne sont pas proches des conditions de pression et de température de liquéfaction d’un gaz. En partant d’un exercice et à l’aide du modèle microscopique des gaz, l’enseignant montrera que les gaz se comportent de la même façon à faible pression, c’est le comportement de ce qu’on appelle un « gaz parfait ».

Corrigé: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

La figure 9 permet de conclure que :
  • lorsque la pression tend vers 0, le produit pV tend vers une valeur bien déterminée (A=2,27.10 3 Pa.m3 .mol-1) qui est la même pour tous les gaz ;
  • pour les faibles pressions (P < 106 Pa) la relation pV = A est une bonne approximation
Dans le cas des hautes pressions ou dans le cas où les conditions de température et de pression sont proches de ceux de la liquéfaction du gaz, les lois de Boyle-Mariotte et d’Avogadro-Ampère ne sont pas applicables. On constate ainsi que le produit pV dépend beaucoup de la nature du gaz et de sa pression.

Préparation: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

Cette activité est menée sous forme d’un exercice. C’est l’occasion pour les élèves de se familiariser avec l’analyse des diagrammes relatifs à l’étude des gaz. A partir du diagramme, les élèves sont amenés à étudier le domaine de validité d’une loi qu’ils ont étudiée dans les parties précédentes.

Savoir: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

Dans la pratique, on peut considérer que les gaz difficilement liquéfiables (dioxygène, diazote, méthane, gaz inertes, etc.) obéissent aux lois de Boyle-Mariotte et d’Avogadro-Ampère à des températures normales et sous des pressions relativement faibles. Dans ces conditions, on dit que les gaz réels se comportent comme des gaz parfaits.
Les écarts par rapport aux gaz parfaits sont dus à l’interaction entre les molécules de gaz dont la théorie des gaz parfaits ne tient pas compte. A de grandes distances, les forces moléculaires sont des forces d’attraction appelées forces de Van der Waals. Il s’agit d’un effet de polarisation électrique. Ces forces décroissent en raison inverse de la distance à la puissance sept. Lorsque la distance de séparation des molécules est petite, on a une interpénétration des enveloppes électronique des molécules et les forces d’attraction moléculaires cèdent la place à des forces de répulsion. Celles-ci décroissent très rapidement avec la distance selon une loi exponentielle.

Comportement des élèves: Vérifier que les lois établies ne sont valables que dans certaines conditions

D’après l’analyse des productions d’élèves qui ont suivi cette unité d’enseignement (un renvoi sur un texte sur les analyses), on s’attend à ce que les élèves fournissent des réponses qui ressemblent aux suivantes:
  • Lorsque p = 0, les différents gaz ont la même valeur c’est-à-dire le même produit pV
  • Pour une pression élevée, les gaz ne se comportent pas de la même façon
  • La valeur du produit pV diminue pour l’air et augmente pour l’hydrogène