L’essentiel
La composition de l’air sec, en volume, est d’environ 78 % de diazote (N₂), 21 % de dioxygène (O₂) et 1 % d’autres gaz, surtout de l’argon, avec environ 0,04 % de dioxyde de carbone. L’air est donc un mélange. Un litre d’air a une masse d’environ 1,2 g.
Les gaz de l’air et leurs pourcentages
L’air n’est pas un corps pur : c’est un mélange de gaz. Dans 100 L d’air sec, on trouve environ 78 L de diazote et 21 L de dioxygène. On retient souvent la version simplifiée : 4/5 de diazote et 1/5 de dioxygène.
| Gaz | Formule | Pourcentage |
|---|---|---|
| Diazote | N₂ | environ 78 % |
| Dioxygène | O₂ | environ 21 % |
| Argon | Ar | environ 0,9 % |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | environ 0,04 % |
| Autres gaz (néon, hélium, méthane…) | traces |
Astuce : L’air réel contient aussi de la vapeur d’eau, en quantité variable selon le temps et le lieu. C’est pourquoi les pourcentages sont donnés pour l’air sec.
Le rôle de chaque gaz
- Le dioxygène est indispensable à la respiration de la plupart des êtres vivants et aux combustions.
- Le diazote réagit très peu. Il dilue le dioxygène.
- Le dioxyde de carbone est utilisé par les plantes pour la photosynthèse. C’est aussi un gaz à effet de serre.
- L’argon est un gaz noble, qui ne réagit presque pas.
Quelle est la masse d’un litre d’air ?
L’air est un gaz, mais il a une masse. À 20 °C et à la pression atmosphérique normale, 1 L d’air a une masse d’environ 1,2 g. Cette valeur dépend de la température et de la pression : à 0 °C, elle est proche de 1,3 g.
Pour le prouver, on pèse un ballon fermé, on y comprime de l’air, puis on le pèse à nouveau : sa masse a augmenté.
Masse volumique de l’air à 20 °C : ρ ≈ 1,2 g/L = 1,2 kg/m³.
- Une salle de 5 m × 4 m × 2,5 m a un volume de 50 m³. L’air qu’elle contient a une masse d’environ 50 × 1,2 = 60 kg.
- L’air est environ 800 fois moins dense que l’eau : 1 L d’eau a une masse de 1 000 g, contre 1,2 g pour l’air.
La masse molaire de l’air
Au lycée, on utilise une masse molaire moyenne de l’air. Elle se calcule à partir des proportions de ses gaz, avec M(N₂) = 28 g/mol, M(O₂) = 32 g/mol et M(Ar) = 40 g/mol.
M(air) ≈ 0,78 × 28 + 0,21 × 32 + 0,01 × 40 ≈ 29 g/mol.
L’air, les gaz et la pression
L’air est compressible : on peut réduire son volume en appuyant sur le piston d’une seringue bouchée. Les molécules, très espacées, se rapprochent. Elles se déplacent en tous sens et frappent les parois : c’est l’origine de la pression de l’air.
Les erreurs à éviter
L’air est surtout composé d’oxygène L’air est surtout composé de diazote
Le dioxygène ne représente qu’environ 21 % du volume, soit un cinquième.
L’air n’a pas de masse L’air a une masse
Un litre d’air pèse environ 1,2 g. Une pièce entière en contient des dizaines de kilogrammes.
L’air contient 21 % d’oxygène O L’air contient 21 % de dioxygène O₂
Dans l’air, l’oxygène est présent sous forme de molécules O₂, pas d’atomes isolés.
Exercices corrigés
1. L’air est…
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un mélange de gaz. L’air contient plusieurs espèces chimiques : diazote, dioxygène, argon…
2. Quel est le gaz le plus abondant dans l’air ?
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Le diazote. Le diazote représente environ 78 % du volume de l’air.
3. Quel volume de dioxygène contiennent environ 50 L d’air ?
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10 L. Le dioxygène représente environ 1/5 de l’air : 50 ÷ 5 = 10 L.
4. Quelle est la masse de 2 L d’air à 20 °C ?
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2,4 g. m = ρ × V = 1,2 g/L × 2 L = 2,4 g.
5. Une salle mesure 6 m × 5 m × 3 m. Quelle est la masse de l’air qu’elle contient, à 20 °C ?
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108 kg. V = 90 m³, puis m = 1,2 kg/m³ × 90 m³ = 108 kg.
6. Une bouteille contient 1 L d’air. Quel pourcentage de ce volume n’est ni du dioxygène ni du diazote ?
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Environ 1 %. 100 − 78 − 21 = 1 % : ce reste est surtout de l’argon.
Questions fréquentes
Quelle est la composition de l’air que l’on respire ?
Environ 78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d’autres gaz. L’air expiré contient moins de dioxygène et plus de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau.
Quelle est la masse volumique de l’air ?
Environ 1,2 kg/m³ à 20 °C et à la pression atmosphérique normale, soit 1,2 g/L.
Quelle est la densité de l’air ?
Par rapport à l’eau, elle vaut environ 0,0012. Pour les gaz, l’air sert de référence : sa densité est alors égale à 1 par définition.