Introduction :

Les gaz réagissent de manière significative aux changements de leurs conditions environnantes, présentant des réponses prévisibles à divers facteurs clés. Le comportement des gaz est influencé par les variations de pression, de température, de volume et du nombre de particules. Dans cette introduction, nous passerons brièvement en revue comment les gaz interagissent avec ces facteurs et comment nous pouvons prédire ces changements en utilisant les lois fondamentales des gaz. Ces lois comprennent la loi de Boyle, qui concerne la pression et le volume, la loi de Charles, qui concerne le volume et la température, et la loi d'Avogadro, qui concerne le volume et le nombre de particules. En comprenant ces lois, nous nous donnons les moyens de prédire le comportement des gaz dans diverses conditions, contribuant à des applications diverses en science et en industrie.

Éléments de l'article :

1. Faits chimiques :

2. Loi de Boyle :

3. Représentation graphique de la relation entre la température et le volume :

4. Conclusion :

Faits chimiques :

La température à l'intérieur d'une montgolfière est suffisante pour faire bouillir de l'eau. Au XIXe siècle, des scientifiques tels que Joseph Gay-Lussac utilisaient des montgolfières dans leurs recherches et expériences, tandis que Jack Charles utilisait des montgolfières à hydrogène dans ses expériences. En moyenne, une montgolfière contient 2,5 millions de litres de gaz.

Que se passe-t-il pour un gaz dans une montgolfière si vous réduisez son volume en appliquant une pression ?

Loi de Boyle :

La pression du gaz et son volume sont interdépendants. Le scientifique irlandais Robert Boyle (1627-1691 ap. J.-C.) a décrit cette relation. Boyle a conçu une expérience, illustrée dans la figure 1-4, démontrant que si la quantité de gaz et la température restent constantes, doubler la pression sur le gaz réduit son volume de moitié. Inversement, réduire la pression sur le gaz de moitié double son volume. Cette relation inverse, où une variable augmente à mesure que l'autre diminue, est décrite par la loi de Boyle, qui stipule que le volume d'une quantité spécifique de gaz est inversement proportionnel à la pression qui lui est appliquée à une température constante. La représentation graphique dans la figure 1- montre la relation inverse entre la pression et le volume lorsque la courbe s'incline vers le bas. Notez que le produit de la pression et du volume à chaque point dans la figure 1-4 est égal à 10 atm.litres, permettant d'exprimer la loi de Boyle mathématiquement comme suit :

Loi de Boyle : P1V1 = P2V2

Le produit de la pression d'une quantité spécifique de gaz et de son volume à une température constante équivaut à une quantité constante. Ici, P1 et V1 représentent la pression et le volume initiaux, tandis que P2 et V2 représentent la pression et le volume nouveaux. Si trois des variables de l'équation sont connues, la valeur de la quatrième variable peut être déterminée. Contrairement à la figure 1-4, où la pression externe affecte le piston en plus de la pression atmosphérique, le piston dans la figure 2-4 reste libre de se déplacer. Cela signifie que le gaz dans le cylindre soulève le piston jusqu'à ce que sa pression égale la pression atmosphérique. Comme observé, le volume du gaz confiné augmente à 1 atm avec une augmentation de la température dans le cylindre, de sorte que la distance que le piston parcourt devient une mesure du volume du gaz lorsqu'il est chauffé.

Représentation graphique de la relation entre la température et le volume :

La figure 2-4 illustre également la relation entre la température et le volume pour une quantité fixe de gaz sous l'influence d'une pression constante. La courbe température vs volume est une ligne droite, vous permettant de prédire la température à laquelle le volume devient 0 en prolongeant la ligne à des températures plus basses que celles mesurées. Dans le premier graphique, la température à laquelle le volume devient 0 est de 273, donc cette relation est linéaire mais pas directement proportionnelle. Par exemple, vous pouvez observer que la ligne droite ne passe pas par l'origine, et doubler la température de 25 à 500 ne double pas le volume. La représentation graphique dans la figure 2- montre que la relation entre la température mesurée en Kelvin (K) et le volume est une relation directement proportionnelle ; où un volume de 0 correspond à 0 Kelvin, et doubler la température double le volume. Le zéro sur l'échelle Kelvin est appelé zéro absolu, représentant la température la plus basse possible où l'énergie atomique est à son minimum.

Conclusion :

1. La loi de Boyle contribue à notre compréhension de la manière dont les gaz réagissent aux changements de leurs conditions environnantes, en particulier en ce qui concerne la pression et le volume. Comprendre cette relation inverse entre la pression et le volume nous permet de prédire le comportement des gaz dans différentes conditions et dans de multiples applications dans les domaines de la science et de l'industrie.

2. Les faits chimiques présentés sur l'utilisation de montgolfières et de gaz dans des expériences scientifiques servent de preuves solides pour comprendre l'impact de la pression et du volume sur le comportement des gaz.

3. Des scientifiques tels que Joseph Gay-Lussac et Jack Charles ont réalisé des expériences avec différentes montgolfières, et ces expériences ont été une source d'admiration et d'inspiration pour de nombreux chercheurs et scientifiques ultérieurs.

4. Les lois fondamentales des gaz, telles que la loi de Boyle, jouent un rôle crucial dans l'interprétation et la compréhension des phénomènes chimiques et physiques que nous observons dans notre vie quotidienne. Ces lois fondamentales nous permettent d'accéder à des informations détaillées sur le comportement des gaz, contribuant au développement de technologies et d'applications basées sur les réactions  gazeuses dans divers domaines.

Expérimentez par vous-même avec la plateforme Vlaby Virtual Science Worker