Exercices: La théorie cinétique de la matière

Pour préparer une boisson fraîche, vous utilisez de l'eau du robinet, vous ajoutez quelques glaçons et, au fond de la cuisine, de la vapeur s'échappe d'une casserole. Nommer les trois états sous lesquels l'eau peut se trouver et écrire un exemple de la vie quotidienne pour chacun, différent de ceux qui apparaissent ici.

Compléter la phrase avec les mots manquants : « Selon la théorie cinétique de la matière, toute la matière est constituée de $\dots$ très petites qui sont en $\dots$ continu ». Expliquer ensuite avec vos propres mots pourquoi nous ne pouvons pas voir ces particules.

Aitana pose sur l'étagère de sa chambre une pierre qu'elle a ramassée sur la plage. La pierre ne change ni de forme ni de taille, où qu'elle soit. La figure montre comment sont disposées les particules à l'intérieur d'un solide comme celui-ci.

Expliquer, avec la théorie cinétique de la matière, pourquoi les solides ont une forme et un volume propres. Penser à la façon dont leurs particules sont liées et dont elles se déplacent.

Hugo verse le jus d'un verre large dans une bouteille étroite : le jus change de forme, mais la quantité de jus reste la même. La figure montre le jus dans les deux récipients.

Expliquer pourquoi un liquide a un volume propre mais pas de forme propre, en pensant à la façon dont ses particules se déplacent.

Quand on gonfle un ballon, l'air qui entre finit par occuper tout son intérieur. Peu importe que le ballon soit sphérique, comme ceux de football, ou ovale, comme ceux de rugby : l'air le remplit toujours complètement. La figure représente ses particules à l'intérieur du ballon.

Expliquer ce que font les particules d'un gaz et pourquoi les gaz n'ont ni forme propre ni volume propre.

Pauline bouche avec le doigt l'embout d'une seringue remplie d'air et pousse le piston : l'air peut être beaucoup comprimé. Si elle remplit la seringue d'eau et recommence, le piston bouge à peine. La figure représente les deux expériences.

Quelle différence entre les particules d'un gaz et celles d'un liquide explique ce résultat ?

Chloé se met du parfum sur le poignet dans sa chambre et, peu après, son frère le sent depuis le salon sans qu'il y ait de courant d'air. Comment les particules de parfum sont-elles arrivées jusqu'au nez de son frère ? Comment s'appelle ce phénomène ?

Un matelas gonflable qui vient d'être gonflé est dur : quand on appuie dessus avec la main, on sent qu'il résiste. Expliquer, avec la théorie cinétique de la matière, ce que font les particules d'air contre les parois intérieures du matelas et pourquoi cela explique que l'on sente cette résistance.

Hugo laisse tomber délicatement, sans remuer, une goutte d'encre dans un verre d'eau. Au bout d'un moment, toute l'eau s'est colorée, comme le montre la figure.

Quel phénomène s'est produit ? L'expliquer avec la théorie cinétique de la matière : que font les particules d'encre et celles de l'eau ?

Si un peu de gaz s'échappe d'une bouteille de butane, on le sent dans toute la cuisine en quelques secondes. En revanche, une goutte d'encre dans un verre d'eau met plusieurs minutes à le colorer entièrement. Pourquoi, à votre avis, la diffusion est-elle beaucoup plus rapide dans les gaz que dans les liquides ? Penser à la distance entre les particules et à leur liberté de mouvement.

Dans un solide, les particules vibrent presque sans changer de place ; dans un liquide, elles glissent les unes sur les autres ; dans un gaz, elles se déplacent librement dans tout le récipient. Relier chaque type de mouvement à l'une de ces observations et justifier le lien :

1. a) Un bloc de fer conserve toujours sa forme.
2. b) L'eau d'une bouteille peut être versée dans un verre.
3. c) L'air d'un ballon de baudruche remplit tout son intérieur.

Manon compare deux ballons : l'un dégonflé, qui est mou, et l'autre qui vient d'être gonflé, qui est dur. À l'intérieur du second, il y a beaucoup plus de particules d'air, comme le montre la figure.

Expliquer, en pensant aux chocs des particules contre les parois du ballon, pourquoi le ballon gonflé est plus dur.

Sur une bombe de déodorant, on lit : « Ne pas exposer à des températures supérieures à $50\ ^\circ\text{C}$ ». La bombe est hermétique et contient du gaz sous pression. Expliquer ce qui arrive aux particules du gaz quand la bombe est chauffée et pourquoi elle peut finir par exploser.

En passant devant une boulangerie, vous sentez l'odeur du pain frais, mais l'odeur n'arrive pas instantanément : elle met quelques secondes à parcourir les quelques mètres jusqu'à vous, alors que les particules de l'arôme se déplacent très vite. Que leur arrive-t-il en chemin ? Penser aux particules d'air qui se trouvent déjà entre la boulangerie et votre nez.

Après une longue balade à vélo par une journée chaude, Omar trouve les pneus plus durs qu'au départ, sans avoir utilisé la pompe et sans crevaison. Expliquer, avec la théorie cinétique de la matière, ce qui est arrivé aux particules d'air à l'intérieur des pneus.

Dans une petite cartouche de gaz de camping, il y a assez de gaz pour remplir de nombreux gros ballons. Comment est-il possible qu'autant de gaz tienne dans un récipient si petit ? Faire le lien avec les espaces vides qui existent entre les particules d'un gaz.

Chez Camille, la soupe chaude qui vient d'être servie se sent depuis le couloir, mais le gaspacho froid ne se remarque guère avant d'approcher le nez de l'assiette. Expliquer la différence avec la théorie cinétique de la matière : quel effet a la température sur les particules et comment cela influence-t-il la diffusion de l'odeur ?

Au laboratoire, Éric prépare deux verres : l'un avec de l'eau froide du réfrigérateur et l'autre avec de l'eau chaude. Il laisse tomber une goutte de colorant dans chacun, en même temps et sans remuer, comme le montre la figure.

1. a) Prévoir ce que l'on observera dans chaque verre au bout de cinq minutes.
2. b) Expliquer cette prévision avec la théorie cinétique de la matière.
3. c) Énoncer une conclusion générale reliant la température à la vitesse de la diffusion.

Les ballons-sondes qui mesurent la météo sont lâchés à moitié gonflés. En montant, la pression de l'air extérieur diminue de plus en plus, et le ballon gonfle de plus en plus jusqu'à éclater. La figure montre le ballon au moment du lâcher et à haute altitude.

Expliquer, en pensant aux chocs des particules de l'intérieur et de l'extérieur, pourquoi le ballon grossit quand la pression extérieure diminue.

Une bouteille en plastique vide et bien fermée reste dans une voiture au soleil : au bout d'un moment, elle est bombée, comme gonflée. Si on la met au réfrigérateur quelques heures, elle apparaît ridée, enfoncée vers l'intérieur. Expliquer les deux changements avec la théorie cinétique de la matière : que font les particules de l'air intérieur dans chaque cas et que se passe-t-il pour la pression ?

Une balle de ping-pong cabossée, mais sans trou, est plongée dans de l'eau chaude et retrouve sa forme ronde.

1. a) Expliquer pourquoi la chaleur de l'eau aide à la déformer en sens inverse : que font les particules de l'air à l'intérieur ?
2. b) L'astuce fonctionnerait-elle si la balle avait un petit trou ? Justifier la réponse.

Valérie remplit une seringue avec $10\ \text{mL}$ d'air, bouche l'embout avec le doigt et pousse le piston jusqu'à laisser l'air à $5\ \text{mL}$.

1. a) Le nombre de particules d'air dans la seringue a-t-il changé ?
2. b) Qu'arrive-t-il au nombre de chocs des particules contre les parois à chaque seconde ?
3. c) La pression de l'air augmente-t-elle ou diminue-t-elle ? Justifier les trois réponses.

Concevoir une expérience pour vérifier que les particules d'un gaz sont en mouvement continu en utilisant seulement un désodorisant en spray, un chronomètre et un mètre ruban. Indiquer :

1. a) Ce que vous feriez et ce que vous mesureriez.
2. b) Le résultat que vous vous attendez à obtenir.
3. c) La conclusion à laquelle vous arriveriez si le résultat confirmait la théorie.

Un verre d'eau oublié sur le rebord d'une fenêtre voit son niveau baisser au bout de quelques semaines, alors que personne n'en boit. Expliquer, à l'aide du modèle cinétique-moléculaire, ce qui arrive aux particules les plus rapides à la surface de l'eau. Ensuite, prévoir ce qui se passerait pour le niveau de l'eau si le verre était fermé hermétiquement et le justifier.