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Description d'un gaz

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Objectif

• On peut mesurer la pression, la température ainsi que le volume d'un gaz.
• Toutefois, un gaz est constitué d'un très grand nombre de molécules. Quel modèle microscopique permet d'expliquer les données macroscopiques que l'on peut mesurer ?

1. Description macroscopique d'un gaz

Une bouteille de 1,5 L remplie d'air contient environ 10²² molécules en mouvement.
Il est donc impossible de décrire le comportement individuel de chaque molécule afin de décrire un gaz.
Pour ce faire, on utilise des grandeurs macroscopiques :
• Le volume (V) du gaz peut s'exprimer en litre (L) ou en mètre cube (m³), avec 1 m³ = 1 000 L.
• La pression (P) du gaz se mesure avec un manomètre. La pression s'exprime en Pascal (Pa).
• La température du gaz se mesure avec un thermomètre. Cette température s'exprime en degré Celsius (°C) ou en Kelvin (K), avec la relation suivante :

T (K) = T (°C) + 273.

Exemple :
20 °C = 20 + 273 = 293 K.

2. Description microscopique d'un gaz

Au niveau microscopique, on peut décrire un gaz de la manière suivante :
• un gaz (ou un mélange de gaz) est constitué de molécules éloignées les unes des autres, en mouvement permanent. Une molécule se déplace à grande vitesse.

Exemple :
La bouteille de gaz contient de l'air, composé d'environ 80 % de diazote et 20 % de dioxygène.

Ces molécules sont en mouvement perpétuel.
Leur mouvement est rectiligne en l'absence d'obstacle.
Des chocs peuvent se produire soit avec d'autres molécules soit avec les parois du récipient. Leur trajectoire est alors modifiée.

• Ces mouvements correspondent à l'agitation moléculaire. Elle a lieu dans toutes les directions. Le gaz occupe tout l'espace qui lui est offert : un gaz est expansif.

Remarque :
La vitesse moyenne des molécules de dioxygène et de diazote dans l'air est de 500 m·s^-1 environ.
Dans les conditions usuelles, le nombre de chocs subis par une molécule d'un gaz et pendant une seconde est de l'ordre de 10⁸ à 10⁹.

• Un gaz peut être comprimé, ce qui réduit le volume qu'il occupe : un gaz est compressible.
• Lorsqu'on met deux gaz en contact, ils se mélangent.

L'essentiel

Un gaz est composé de molécules en mouvement perpétuel, qui se déplacent à très grande vitesse (de l'ordre de 10² à 10³ m·s^-1). Ces molécules peuvent entrer en collision avec d'autres molécules ou avec les parois du récipient.

Étant donné que 1,5 L d'air contient environ 10²² molécules, on décrit un gaz à l'aide de données macroscopiques comme la pression P, le volume V et la température de ce gaz.