🎈 Le volume molaire des gaz : même volume, pas même masse
Une mole d'hélium et une mole de dioxyde de carbone n'ont pas du tout la même masse… mais elles gonflent exactement le même ballon ! C'est la grande surprise des gaz : leur volume ne dépend que du nombre de molécules. Gonfle, chauffe, comprime, regarde qui s'envole et qui s'écrase par terre, puis mène l'enquête sur le gaz mystère.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- En mode « Même quantité n », les quatre ballons ont exactement le même volume et contiennent le même nombre de molécules (les points), alors que leurs masses sont très différentes.
- Le volume molaire Vm s'affiche en grand : 24,1 L/mol à 20 °C et 1 013 hPa, 22,4 L/mol à 0 °C. Il ne dépend pas du gaz choisi, seulement de la température et de la pression.
- Quand on chauffe, tous les ballons gonflent ensemble ; quand on augmente la pression, ils se dégonflent ensemble. La petite courbe montre que Vm augmente avec la température.
- Les ballons de gaz plus légers que l'air (hélium, méthane) flottent ; les autres tombent : c'est la masse volumique ρ = M / Vm du gaz qui décide.
- En mode « Même masse », les gaz légers donnent des ballons énormes : 10 g de dihydrogène occupent plus de 100 L !
Expériences à faire
- Que vaut Vm à 0 °C ? Et à 100 °C ? Et sous une pression deux fois plus grande ?
- Quelle quantité d'hélium faut-il pour gonfler un ballon de 10 L à 20 °C ?
- Avec 10 g de chaque gaz, quel ballon est le plus gros ? Pourquoi ?
- Mets le dioxyde de carbone et le diazote côte à côte : lequel flotte ? Avec ✏️ Mon gaz, où est la limite ?
- 🕵️ Mesure V et m du gaz mystère : saurais-tu dire de quel gaz il s'agit ?
La chimie derrière l'animation
- Le volume molaire d'un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz : Vm = V / n (en L/mol), donc n = V / Vm.
- Loi d'Avogadro-Ampère : à la même température et à la même pression, des volumes égaux de gaz différents contiennent le même nombre de molécules. Vm est donc le même pour tous les gaz.
- Sous P = 1 013 hPa : Vm ≈ 24,0 L/mol à 20 °C et 22,4 L/mol à 0 °C. Vm augmente avec la température et diminue quand la pression augmente.
- Avec la masse molaire : m = n × M, donc deux ballons de même volume (même n) ont des masses dans le rapport de leurs masses molaires. La masse volumique d'un gaz vaut ρ = M / Vm (air : 29 / 24 ≈ 1,2 g/L).
- Modèle du gaz parfait (Terminale) : P × V = n × R × T, soit Vm = R × T / P avec R = 8,314 J/(mol·K), T en kelvins et P en pascals. Le modèle ignore la liquéfaction des gaz à très basse température.
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