Résultats d’apprentissage
- Identifier les propriétés et les changements de la matière comme physiques ou chimiques
- Identifier les propriétés de la matière comme étendues ou intensives
Les caractéristiques qui nous permettent de distinguer une substance d’une autre sont appelées propriétés. Une propriété physique est une caractéristique de la matière qui n’est pas associée à un changement de sa composition chimique. Des exemples familiers de propriétés physiques incluent la densité, la couleur, la dureté, les points de fusion et d’ébullition et la conductivité électrique. Nous pouvons observer certaines propriétés physiques, telles que la densité et la couleur, sans changer l’état physique de la matière observée. D’autres propriétés physiques, telles que la température de fusion du fer ou la température de congélation de l’eau, ne peuvent être observées que lorsque la matière subit un changement physique. Un changement physique est un changement dans l’état ou les propriétés de la matière sans aucun changement d’accompagnement dans sa composition chimique (les identités des substances contenues dans la matière). Nous observons un changement physique lorsque la cire fond, lorsque le sucre se dissout dans le café et lorsque la vapeur se condense en eau liquide (Figure 1). D’autres exemples de changements physiques incluent la magnétisation et la démagnétisation des métaux (comme cela se fait avec les étiquettes de sécurité antivol courantes) et le broyage des solides en poudres (ce qui peut parfois entraîner des changements de couleur notables). Dans chacun de ces exemples, il y a un changement dans l’état physique, la forme ou les propriétés de la substance, mais pas de changement dans sa composition chimique.
Figure 1. (a) La cire subit un changement physique lorsque la cire solide est chauffée et forme de la cire liquide. (b) La condensation de la vapeur à l’intérieur d’une marmite est un changement physique, car la vapeur d’eau se transforme en eau liquide. (crédit a: modification du travail par « 95jb14 » / Wikimedia Commons; crédit b: modification du travail par « mjneuby » /Flickr)
Le changement d’un type de matière en un autre type (ou l’incapacité de changer) est une propriété chimique. Des exemples de propriétés chimiques incluent l’inflammabilité, la toxicité, l’acidité, la réactivité (de nombreux types) et la chaleur de combustion. Le fer, par exemple, se combine avec l’oxygène en présence d’eau pour former de la rouille; le chrome ne s’oxyde pas (Figure 2). La nitroglycérine est très dangereuse car elle explose facilement; le néon ne présente presque aucun danger car il est très peu réactif.
Figure 2. (a) L’une des propriétés chimiques du fer est qu’il rouille; (b) l’une des propriétés chimiques du chrome est qu’il ne rouille pas. (crédit a: modification du travail par Tony Hisgett; crédit b: modification du travail par « Atoma” /Wikimedia Commons)
Un changement chimique produit toujours un ou plusieurs types de matière qui diffèrent de la matière présente avant le changement. La formation de rouille est un changement chimique car la rouille est un type de matière différent de celui du fer, de l’oxygène et de l’eau présents avant la formation de la rouille. L’explosion de nitroglycérine est un changement chimique car les gaz produits sont des types de matière très différents de la substance d’origine. D’autres exemples de changements chimiques incluent les réactions qui sont effectuées en laboratoire (comme la réaction du cuivre avec l’acide nitrique), toutes les formes de combustion (combustion) et les aliments cuits, digérés ou en décomposition (figure 3).
Figure 3. a) Le cuivre et l’acide nitrique subissent un changement chimique pour former du nitrate de cuivre et du dioxyde d’azote gazeux brun. (b) Pendant la combustion d’une allumette, la cellulose dans l’allumette et l’oxygène de l’air subissent un changement chimique pour former du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. c) La cuisson de la viande rouge provoque un certain nombre de changements chimiques, notamment l’oxydation du fer dans la myoglobine qui entraîne le changement de couleur familier du rouge au brun. (d) Une banane brunissant est un changement chimique à mesure que de nouvelles substances plus foncées (et moins savoureuses) se forment. (crédit b: modification de l’œuvre de Jeff Turner; crédit c: modification de l’œuvre de Gloria Cabada-Leman; crédit d: modification du travail de Roberto Verzo)
Les propriétés de la matière entrent dans l’une des deux catégories. Si la propriété dépend de la quantité de matière présente, il s’agit d’une propriété étendue. La masse et le volume d’une substance sont des exemples de propriétés étendues; par exemple, un gallon de lait a une masse et un volume plus importants qu’une tasse de lait. La valeur d’une propriété étendue est directement proportionnelle à la quantité de matière en question. Si la propriété d’un échantillon de matière ne dépend pas de la quantité de matière présente, il s’agit d’une propriété intensive. La température est un exemple de propriété intensive. Si le gallon et la tasse de lait sont chacun à 20 ° C (température ambiante), lorsqu’ils sont combinés, la température reste à 20 ° C. À titre d’autre exemple, considérons les propriétés distinctes mais liées de la chaleur et de la température. Une goutte d’huile de cuisson chaude éclaboussée sur votre bras provoque une gêne brève et mineure, tandis qu’une casserole d’huile chaude provoque de graves brûlures. La goutte et le pot d’huile sont à la même température (propriété intensive), mais le pot contient clairement beaucoup plus de chaleur (propriété étendue).
Diamant de danger
Vous avez peut-être vu le symbole illustré à la figure 4 sur des contenants de produits chimiques dans un laboratoire ou un lieu de travail. Parfois appelé « diamant de feu » ou ”diamant de danger », ce diamant de danger chimique fournit des informations précieuses qui résument brièvement les divers dangers dont il faut être conscient lorsque l’on travaille avec une substance particulière.
Figure 4. Le diamant de danger de l’Agence nationale de Protection contre les incendies (NFPA) résume les dangers majeurs d’une substance chimique.
Le système d’identification des dangers 704 de la National Fire Protection Agency (NFPA) a été développé par la NFPA pour fournir des informations sur la sécurité de certaines substances. Le système détaille l’inflammabilité, la réactivité, la santé et d’autres dangers. Dans le symbole du losange global, le losange supérieur (rouge) indique le niveau de risque d’incendie (plage de température pour le point d’éclair). Le losange bleu (à gauche) indique le niveau de danger pour la santé. Le diamant jaune (à droite) décrit les risques de réactivité, tels que la rapidité avec laquelle la substance subira une détonation ou un changement chimique violent. Le diamant blanc (en bas) signale des dangers particuliers, tels que s’il s’agit d’un oxydant (qui permet à la substance de brûler en l’absence d’air / oxygène), subit une réaction inhabituelle ou dangereuse avec l’eau, est corrosif, acide, alcalin, un danger biologique, radioactif, etc. Chaque danger est évalué sur une échelle de 0 à 4, 0 étant sans danger et 4 étant extrêmement dangereux.
Bien que de nombreux éléments diffèrent considérablement dans leurs propriétés chimiques et physiques, certains éléments ont des propriétés similaires. Nous pouvons identifier des ensembles d’éléments qui présentent des comportements communs. Par exemple, de nombreux éléments conduisent bien la chaleur et l’électricité, tandis que d’autres sont de mauvais conducteurs. Ces propriétés peuvent être utilisées pour trier les éléments en trois classes: les métaux (éléments qui conduisent bien), les non-métaux (éléments qui conduisent mal) et les métalloïdes (éléments qui ont des propriétés à la fois des métaux et des non-métaux).
Le tableau périodique est un tableau d’éléments qui rapproche les éléments ayant des propriétés similaires (figure 5). Vous en apprendrez plus sur le tableau périodique au fur et à mesure que vous poursuivrez votre étude de la chimie.
Figure 5. Le tableau périodique montre comment les éléments peuvent être regroupés selon certaines propriétés similaires. Remarque la couleur d’arrière-plan indique si un élément est un métal, un métalloïde ou un non-métal, tandis que la couleur du symbole de l’élément indique s’il s’agit d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz.
Video Review:Physical and Chemical Properties
Vous pouvez voir la transcription de « Physical Vs. Chemical Changes – Explained” ici (s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
Concepts clés et résumé
Toutes les substances ont des propriétés physiques et chimiques distinctes et peuvent subir des modifications physiques ou chimiques. Les propriétés physiques, telles que la dureté et le point d’ébullition, et les changements physiques, tels que la fusion ou la congélation, n’impliquent pas de changement dans la composition de la matière. Les propriétés chimiques, telles que l’inflammabilité et l’acidité, et les changements chimiques, tels que la rouille, impliquent une production de matière différente de celle présente auparavant.
Les propriétés mesurables appartiennent à l’une des deux catégories. Les propriétés étendues dépendent de la quantité de matière présente, par exemple la masse d’or. Les propriétés intensives ne dépendent pas de la quantité de matière présente, par exemple la densité de l’or. La chaleur est un exemple de propriété étendue et la température est un exemple de propriété intensive.
Essayez-le
- Classez les six propriétés soulignées dans le paragraphe suivant comme chimiques ou physiques: Le fluor est un gaz jaune pâle qui réagit avec la plupart des substances. L’élément libre fond à -220 °C et bout à -188 °C. Les métaux finement divisés brûlent dans le fluor avec une flamme vive. Dix-neuf grammes de fluor réagiront avec 1,0 gramme d’hydrogène.
- Classifiez chacun des changements suivants comme physique ou chimique:
- condensation de la vapeur d’eau
- combustion de l’essence
- acidification du lait
- dissolution du sucre dans l’eau
- fusion de l’or
- Classifiez chacun des changements suivants comme physique ou chimique:
- combustion du charbon
- fusion de la glace
- mélange de sirop de chocolat avec du lait
- explosion d’un pétard
- magnétisation d’un tournevis
- Le volume d’un échantillon d’oxygène gazeux est passé de 10 mL à 11 mL à mesure que la température changeait. Est-ce un changement chimique ou physique?
- Un volume de 2,0 litres d’hydrogène gazeux combiné à 1,0 litre d’oxygène gazeux pour produire 2,0 litres de vapeur d’eau. L’oxygène subit-il un changement chimique ou physique?
- Expliquez la différence entre les propriétés extensives et les propriétés intensives.
- Identifiez les propriétés suivantes comme étendues ou intensives.
- volume
- température
- humidité
- chaleur
- point d’ébullition
- La densité (d) d’une substance est une propriété intensive qui est définie comme le rapport de sa masse (m) à son volume (V).\text{density} = \dfrac{\text{mass}}{\text{volume}}; \text{d} = \dfrac{\text{m}}{\text{V}}. Considérant que la masse et le volume sont tous deux des propriétés étendues, expliquez pourquoi leur rapport, la densité, est intensif.
Glossaire
changement chimique: changement produisant un type de matière différent du type de matière d’origine
propriété chimique: comportement lié au changement d’un type de matière en un autre type de matière
propriété étendue: propriété d’une substance qui dépend de la quantité de la substance
propriété intensive: propriété d’une substance indépendante de la quantité de la substance
changement physique: changement de l’état ou des propriétés de la matière qui n’implique pas de changement dans sa composition chimique