Chapitre 7 – Structure de la matière | 2nde Bac Pro (famille bâtiment) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:10
Pour que le mortier soit plus facile à étaler, un apprenti propose d'ajouter beaucoup d'eau. Une fois sec, penses-tu que ce mortier sera plus solide ou plus fragile ?
Plus fragile. Un excès d'eau laisse, après séchage, de nombreux petits trous (des pores) dans le mortier durci : il devient moins résistant. C'est pour cela qu'un maçon respecte un rapport eau/ciment proche de 0,5 : juste ce qu'il faut d'eau, pas plus.
Karim, maçon, doit monter un mur en parpaings. Avant de commencer, il prépare une gâchée de mortier dans sa bétonnière : il dose le ciment, le sable et l'eau. Sur les sacs, il lit les formules chimiques des matériaux. Bien doser et connaître ce qu'il manipule lui permet d'obtenir un mortier solide et de travailler en sécurité.
| Ingrédient | Constituant principal | Formule |
|---|---|---|
| Sable | silice (dioxyde de silicium) | SiO2 |
| Eau de gâchage | eau | H2O |
| Matière première du ciment (calcaire) | carbonate de calcium | CaCO3 |
| Chaux formée au contact de l'eau | hydroxyde de calcium | Ca(OH)2 |
| Régulateur de prise (gypse) dans le ciment | sulfate de calcium | CaSO4 |
Masses atomiques (en u, unité de masse atomique) : H = 1 ; C = 12 ; O = 16 ; Si = 28 ; Ca = 40.
Le mortier est un mélange : deux ingrédients solides (ciment en poudre + sable) et un liquide (l'eau). Le sable domine en masse ; l'eau est la plus petite part.
Le mortier frais est préparé avec trois ingrédients : le ciment (poudre grise), le sable (grains) et l'eau.
a. Indique l'état physique (solide ou liquide) de chacun.
b. Le mortier frais est-il un corps pur ou un mélange ? Justifie.
a. Ciment : solide (poudre) ; sable : solide (grains) ; eau : liquide.
b. Le mortier frais est un mélange : il est formé de plusieurs constituants différents (ciment + sable + eau) que l'on distingue, et non d'une seule espèce chimique.
La règle de chantier impose un rapport eau/ciment E/C = 0,5. Le sac de ciment utilisé pèse 35 kg.
a. Calcule la masse d'eau à ajouter (on rappelle : masse d'eau = E/C × masse de ciment).
b. Vérifie, avec la masse d'eau que tu viens de trouver et les 35 kg de ciment, que le rapport E/C vaut bien 0,5.
a. \(m_{\text{eau}} = E/C \times m_{\text{ciment}} = 0{,}5 \times 35 = \mathbf{17{,}5\ \text{kg}}\), soit environ 17,5 L (car 1 L d'eau ≈ 1 kg).
b. \(E/C = \dfrac{m_{\text{eau}}}{m_{\text{ciment}}} = \dfrac{17{,}5}{35} = \mathbf{0{,}5}\). Le rapport est bien respecté.
Le sable est de la silice, de formule SiO2.
a. Quels éléments chimiques la composent ?
b. Combien d'atomes de chaque élément, et combien d'atomes en tout ?
c. Cette formule porte-t-elle une charge : est-ce un ion ou une espèce neutre ?
a. Deux éléments : le silicium (Si) et l'oxygène (O).
b. 1 atome de Si et 2 atomes de O, soit \(1 + 2 = \mathbf{3\ \text{atomes}}\) au total.
c. Aucune charge (pas d'exposant + ou −) : c'est une espèce neutre, ce n'est pas un ion.
Le ciment est fabriqué à partir de calcaire, le carbonate de calcium CaCO3.
a. Combien d'éléments chimiques différents contient cette formule ? Nomme-les.
b. Combien d'atomes compte-t-elle au total ?
a. 3 éléments : calcium (Ca), carbone (C) et oxygène (O).
b. 1 Ca + 1 C + 3 O, soit \(1 + 1 + 3 = \mathbf{5\ \text{atomes}}\) au total.
À l'aide des masses atomiques (H = 1 ; C = 12 ; O = 16 ; Si = 28 ; Ca = 40, en u), calcule la masse moléculaire (somme des masses de tous les atomes) de :
a. l'eau H2O | b. la silice SiO2 | c. le carbonate de calcium CaCO3
a. \(M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 1 + 16 = \mathbf{18\ \text{u}}\).
b. \(M(\text{SiO}_2) = 28 + 2 \times 16 = 28 + 32 = \mathbf{60\ \text{u}}\).
c. \(M(\text{CaCO}_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 40 + 12 + 48 = \mathbf{100\ \text{u}}\).
Au contact de l'eau, le ciment libère plusieurs ions dans le mortier : Ca2+, OH− et SO42−. Pour chacun, indique s'il s'agit d'un cation ou d'un anion et donne sa charge.
• Ca2+ : cation, charge +2 (l'atome de calcium a perdu 2 électrons).
• OH− (ion hydroxyde) : anion, charge −1.
• SO42− (ion sulfate) : anion, charge −2.
Rappel : un cation est chargé positivement, un anion est chargé négativement.
Le mortier frais est corrosif : il peut brûler la peau. Cela vient des nombreux ions hydroxyde OH− qu'il contient (milieu très basique).
a. À quel type d'ion appartient OH− ?
b. Explique pourquoi Karim doit porter des gants et rincer abondamment à l'eau claire en cas de projection sur la peau.
a. OH− est un anion (ion hydroxyde, charge −1).
b. Ces ions hydroxyde rendent le mortier frais très basique, donc corrosif : à leur contact, la peau est attaquée (brûlures chimiques, irritations). Karim doit donc porter des gants (et des lunettes). En cas de projection, il faut rincer immédiatement et abondamment à l'eau claire pour éliminer les ions OH− et limiter la brûlure.
Rédige en 3-4 lignes le mot que Karim laisse à l'apprenti pour préparer la prochaine gâchée : la recette (1 part de ciment, 3 parts de sable, rapport eau/ciment 0,5), la nature des ingrédients (sable = silice SiO2 solide, eau = H2O liquide, ciment en poudre) et la consigne de sécurité (gants — mortier basique à cause des ions OH−).
« Pour la gâchée : 1 sac de ciment (poudre) pour 3 fois sa masse en sable — le sable, c'est de la silice SiO2, un solide. Ajoute l'eau (H2O, liquide) en respectant le rapport eau/ciment de 0,5 : pas plus, sinon le mortier durci sera fragile. Attention : le mortier frais est basique et corrosif (ions OH−) — mets des gants et des lunettes, et rince à l'eau claire en cas de projection. »
Sur un autre chantier, Karim n'a qu'un sac de 25 kg de ciment.
a. Quelle masse d'eau doit-il prévoir pour garder E/C = 0,5 ?
b. S'il verse en réalité 20 L d'eau, le rapport E/C est-il respecté ? Quel sera l'effet sur le mortier durci ?
a. \(m_{\text{eau}} = 0{,}5 \times 25 = \mathbf{12{,}5\ \text{kg}}\), soit environ 12,5 L.
b. Avec 20 L : \(E/C = \dfrac{20}{25} = \mathbf{0{,}8}\), bien supérieur à 0,5 : il y a trop d'eau. Après séchage, le mortier sera plus poreux et donc moins résistant (plus fragile).
📚 §2 à §5 de la leçon Ch07 (éléments, ions, molécules, états de la matière).