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Métaux et courant électrique
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Exercices

1/ Les métaux les plus couramment utilisés sont le Fer, le Zinc,le Cuivre, l'Aluminium, l'Argent et l'Or.

Comprendre

Echelle potentiel redox métal
S'oxyder
:fait de perdre des électrons.
Métaux courants
Relief de l'invisible: aluminiumRelief de l'invisible: laiton

L'argent et l'or sont des métaux nobles car ils sont difficilement oxydables. Cela signifie qu'il faudra des conditions très particulières pour leur arracher des électrons et les transformer en cations(ions positifs).
L'argent est un bon conducteur et un bactéricide. Il est comestible.
L'or est un excellent conducteur, il est très ductile, on peut en faire de très fines feuilles.

Le zinc donne facilement ses électrons. Il est souvent utilisé pour s'oxyder à la place des autres métaux et est très utilisé pour les toitures et les gouttières.
Le cuivre est un très bon conducteur et un fongicide de choix. C'est le plus ancien métal utilisé par les humains, il y a 7 000 ans.
Le fer a la faculté d'être sensible à l'aimantation et on en fait de l'acier ou de la fonte quand on l'associe au carbone. Quand il est oxydé, il prend une couleur rouge-orangée qu'on nomme la rouille. C'est cet ion qui donne sa couleur au sang.
L'aluminium est un métal très léger dont la partie oxydée forme un revêtement imperméable à l'air qui empêche le reste du métal de s'oxyder.

Appliquer

Réaction Fer + Acide chlorhydrique
Expérience Fer et acide chlorhydrique

Quand le fer rencontre l'acide chlorhydrique, les ions hydrogène (H+) vont arracher des électrons aux atomes de fer. Les atomes de fer vont donc devenir des ions positifs et les ions hydrogènes, maintenant pourvus d'un électron vont se lier avec pour créer du dihydrogène.
Donc une rencontre entre du fer et de l'acide crée des ions fer et du dihydrogène.On pourra l'écrire ainsi:
Fe + 2H++ 2Cl- -> Fe2+ H2 + 2Cl-
On peut voir que les ions chlorures (Cl-) ne sont pas associés à une nouvelle molécule, on les appelle des ions spectateurs.Lors de cette réaction le fer a été oxydé (il a perdu des électrons) et les ions hydrogènes ont été réduits(ils ont récupéré des électrons).

2/ Les métaux sont constitués d'un seul type d'atome.

Comprendre

Métal et molécule organiquetableau périodique

Un morceau de cuivre ne sera constitué que d'atome de cuivre à la différence des matériaux organiques composés de carbone,d'hydrogène et souvent d'azote et d'oxygène.

3/ Les charges opposées s'attirent et les charges de même signe se repoussent.

Comprendre

force electrostatique
Force électrostatique

C'est ce qu'on appelle la force électrostatique, une des 4 interactions fondamentales. Plus les charges sont proches et importantes plus la force sera importante. C'est la force qui attire et repousse les électrons aux bornes d'une pile et qui est la plus importante à notre échelle.

Appliquer

Plus les charges seront proches les unes des autres, plus la force sera intense.
Plus les charges seront importantes, plus la force sera intense.

4/ Dans les solides, le courant électrique est dû à un déplacement d'électrons.

Comprendre

Courant d'électrons
carte mental atome ions métaux conduction

Dans les solides, les électrons des atomes du solide pourront conduire plus ou moins facilement le courant électrique selon que celui-ci est conducteur ou isolant.
Les conducteurs possèdent des électrons qui sont peu attirés par leur noyau. Si on leur donne un peu d'énergie, ils peuvent passer sur un autre atome. Le courant électrique se propage ainsi grâce aux électrons libres qui vont faire transiter l'énergie électrique d'un atome à l'autre.

Appliquer

Intensité électrique:
Le nombre d'électrons qui passent en un point par seconde, c'est à dire le débit d'électrons.
Tension électrique:
L'énergie que possède chaque électron est appelée la tension électrique.
Semi-conducteurs et isolants

Certains atomes attirent fortement les électrons et il faut énormément d'énergie pour leur en arracher. Les électrons ne circulent donc pas dans ces matériaux et le courant électrique non plus. Ce sont des isolants.
Les semi-conducteurs ont besoin d'une quantité modérée d'énergie et peuvent être parfois isolants, parfois conducteurs, on peut en faire des transistors par exemple.

5/ Les metaux sont de bons conducteurs car ils possèdent des électrons faiblement liés à leur noyau.

Comprendre

induction et atomeConduction des matériaux
Electrons libres

Peu de non-métaux conduisent aussi bien le courant électrique que les métaux.Les métaux conduisent particulièrement bien le courant électrique car certains de leurs électrons nécessitent très peu d'énergie pour se libérer de l'attraction du noyau.
Les métaux transmettent aussi très bien la chaleur, c'est pour cela qu'ils semblent froid au toucher: la chaleur de notre doigt est immédiatement transmise au matériau au lieu de rester à proximité et nous prodiguer une sensation de chaleur.

6/ Les électrons vont du - au +, soit dans le sens opposé au courant électrique.

Comprendre

Sens de circulation des électrons

Il a été décidé par convention que le courant électrique circulait du plus au moins alors qu'on n'avait aucune idée des charges qui pouvaient circuler. On a décidé(il y a deux siècles) que l'on ferait comme si c'étaient des charges positives qui circulaient. On a gardé cette convention même si on sait aujourd'hui que ce sont des charges négatives qui circulent.

Appliquer

Animation conduction solide liquide

Dans une solution ionique (un liquide contenant des ions) comme l'eau du robinet, les ions positifs vont se diriger vers la borne moins et les ions négatifs vers la borne plus, conformément à l'attirance due à la force électrostatique.

6/ Exercices

Appliquer

6/ Aventures électroniques 
(35 mn)

Les chiffres dans cette histoire correspondent au numéro des questions en dessous, les deux étant liés Sur le bord d'un câble électrique Electro et Electrin, des électrons, sont d'humeur maussade.(1)
Ils tournaient tranquillement autour d'un noyau de zinc mais en se réveillant ce matin, ils ont senti une sensation étrange... En effet, un atome d'oxygène était en train de s 'écraser sur eux. (2)Il les bouscula tellement fort qu'ils furent éjectés loin de leur noyau. « Comme d'habitude, on peut jamais être tranquille maugréa Electrin ». Puis ils se sentirent attiré par une pile.
Ils arrivèrent dans une zone qu'un humain aurait pu appeler câble électrique, où de nombreux atomes de cuivre se réchauffaient(3) les uns les autres. Ils s'aperçurent qu'ils n'étaient pas les seuls(4), des milliers d'électrons se rapprochaient de la pile du même élan.
Electriño, un des électrons appartenant au plastique entourant le câble voudrait bien voyager lui aussi mais il ne peut pas.(5)
Les électrons passèrent à travers des fils de laine de fer mais ces fils étaient si petit qu'ils se cognaient au paroi et le firent chauffer. (6)Juste après le passage d'Electro, un électron se cogna tellement fort que le fer commença à brûler.(7)

Rappelle le signe de la charge d'un électron.

Un électron est de signe négatif, comme l'indique son symbole e-

Equilibre la réaction suivante : Zn + OH--> ZnO +H2O + e-

Zn + 2OH- -> ZnO +H2O + 2e- Il ne faut pas oublier d'équilibre les charges en mettant 2 électrons.

De quel pôle vont-ils s'approcher ?

Les électrons sont négatifs, ils sont donc repoussés par le pôle négatif et attirés par le pôle positif

Comment appelle-t-on ce phénomène ?

On appelle ce phénomène le courant électrique.

Qu'est ce qui différencie les électrons du plastique des électrons des métaux ?

Les métaux possèdent des électrons libres, qui peuvent facilement passer d'un atome à l'autre. Ceux du plastique ne peuvent pas bouger, à moins qu'une intense tension électrique ne les en arrache.

Donne les symboles des éléments sodium, cuivre et fer.

Na, Cu et Fe

Recopie, complète et équilibre l'équation-bilan de la combustion du fer sachant que : Fer + Dioxygène -> Oxyde de fer III
...+ O2 -> Fe2O3

4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3


Projets

Comment trier les métaux le plus facilement possible? (120 mn)
Leurs différentes propriété permettent-t-elles de les trier facilement?