OBjectifs d’apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Identifier les propriétés et les changements de la matière comme physiques ou chimiques
- Identifier les propriétés de la matière comme extensives 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 sont la densité, la couleur, la dureté, les points de fusion et d’ébullition, et la conductivité électrique. Nous pouvons observer certaines propriétés physiques, comme 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 une modification de l’état ou des propriétés de la matière sans que sa composition chimique (l’identité des substances contenues dans la matière) ne soit modifiée. 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 sont la magnétisation et la démagnétisation de métaux (comme c’est le cas pour les étiquettes de sécurité antivol courantes) et le broyage de solides en poudre (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 aucun 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 à changer) est une propriété chimique. Parmi les exemples de propriétés chimiques, citons 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) Une des propriétés chimiques du fer est qu’il rouille ; (b) une des propriétés chimiques du chrome est qu’il ne rouille pas. (crédit a : modification de l’œuvre par Tony Hisgett ; crédit b : modification de l’œuvre par « Atoma »/Wikimedia Commons)
Pour identifier une propriété chimique, on recherche un changement chimique. Un changement chimique produit toujours un ou plusieurs types de matière qui diffèrent de la matière présente avant le changement. La formation de la rouille est un changement chimique car la rouille est un type de matière différent du fer, de l’oxygène et de l’eau présents avant la formation de la rouille. L’explosion de la nitroglycérine est un changement chimique car les gaz produits sont des matières très différentes de la substance d’origine. Parmi les autres exemples de changements chimiques, on peut citer les réactions effectuées en laboratoire (comme la réaction du cuivre avec l’acide nitrique), toutes les formes de combustion (brûler) et la cuisson, la digestion ou la pourriture des aliments (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 brun et gazeux. (b) Lors de la combustion d’une allumette, la cellulose de 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, y compris l’oxydation du fer dans la myoglobine qui entraîne le changement de couleur rouge à brun bien connu. (d) Une banane qui brunit est un changement chimique, car de nouvelles substances plus foncées (et moins savoureuses) se forment. (crédit b : modification du travail par Jeff Turner ; crédit c : modification du travail par Gloria Cabada-Leman ; crédit d : modification du travail par Roberto Verzo)
Les propriétés de la matière entrent dans l’une des deux catégories suivantes. Si la propriété dépend de la quantité de matière présente, il s’agit d’une propriété extensive. La masse et le volume d’une substance sont des exemples de propriétés extensives ; par exemple, un gallon de lait a une masse et un volume plus importants qu’une tasse de lait. La valeur d’une propriété extensive 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. Prenons un autre exemple, celui des propriétés distinctes mais liées de la chaleur et de la température. Une goutte d’huile de cuisson chaude répandue sur votre bras provoque une brève et légère gêne, alors qu’une casserole d’huile chaude vous brûle gravement. La goutte et le pot d’huile sont tous deux à la même température (propriété intensive), mais le pot contient clairement beaucoup plus de chaleur (propriété extensive).
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 sur 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 différents dangers dont il faut être conscient lorsqu’on travaille avec une substance particulière.
Figure 4. Le losange de danger de la National Fire Protection Agency (NFPA) résume les principaux dangers 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 de sécurité sur certaines substances. Ce système détaille l’inflammabilité, la réactivité, la santé et d’autres dangers. Dans le symbole global en forme de losange, 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 risque pour la santé. Le losange jaune (à droite) décrit les risques de réactivité, comme la facilité avec laquelle la substance peut détoner ou subir un changement chimique violent. Le losange blanc (en bas) indique les risques particuliers, par exemple s’il s’agit d’un oxydant (qui permet à la substance de brûler en l’absence d’air/oxygène), s’il y a une réaction inhabituelle ou dangereuse avec l’eau, si la substance est corrosive, acide, alcaline, biologique, radioactive, 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 de métaux et de non-métaux).
Le tableau périodique est un tableau des éléments qui place les éléments ayant des propriétés similaires les uns à côté des autres (figure 5). Vous en apprendrez davantage sur le tableau périodique en poursuivant votre étude de la chimie.
Figure 5. Le tableau périodique montre comment les éléments peuvent être regroupés en fonction de certaines propriétés similaires. Notez que la couleur de fond 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.
Concepts clés et résumé
Toutes les substances ont des propriétés physiques et chimiques distinctes, et peuvent subir des changements physiques ou chimiques. Les propriétés physiques, comme la dureté et le point d’ébullition, et les changements physiques, comme la fusion ou la congélation, n’impliquent pas de changement dans la composition de la matière. Les propriétés chimiques, comme l’inflammabilité et l’acidité, et les changements chimiques, comme la rouille, impliquent la production d’une matière différente de celle présente au préalable.
Les propriétés mesurables appartiennent à l’une des deux catégories suivantes. Les propriétés extensives dépendent de la quantité de matière présente, par exemple, la masse de l’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 extensive, et la température est un exemple de propriété intensive.
Exercices de fin de chapitre sur la chimie
- Classez les six propriétés soulignées dans le paragraphe suivant comme étant 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 réagissent avec 1,0 gramme d’hydrogène.
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- condensation of steam
- burning of gasoline
- souring of milk
- dissolving of sugar in water
- melting of gold
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- coal burning
- ice melting
- mixing chocolate syrup with milk
- explosion of a firecracker
- magnetizing of a screwdriver
- The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
- A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
- Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
- Identify the following properties as either extensive or intensive.
- volume
- temperature
- humidity
- heat
- boiling point
- The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).
\text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}
Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.
Selected Answers
2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical
4. physical
6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.
8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. Diviser une propriété extensive par une autre aura pour effet d' »annuler » cette dépendance à la quantité, donnant un rapport indépendant de la quantité (une propriété intensive).
Glossary
chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter
chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter
extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance
intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance
physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition