Les états de la matière
Les états de la matière
I. Les différents états de la matière
La matière peut exister sous trois états : l’état solide, l’état liquide et l’état gazeux. Par exemple, la glace ou la craie sont à l’état solide. L’eau est à l’état liquide mais on peut aussi citer l’huile. L’air est à l’état gazeux et la vapeur d’eau est aussi l’état gazeux de l’eau. Attention ! La vapeur d’eau est invisible. Quand on pense que le petit nuage au-dessus de la casserole d’eau est de la vapeur d’eau, c’est faux. Ce n’est pas de la vapeur d’eau mais de la buée. La buée est constituée de petites gouttelettes d’eau liquide en suspension. De même pour les nuages, c’est soit de l’eau à l’état liquide, soit de l’eau à l’état solide.
II. Propriétés
A. Forme propre
On dit d’un objet qu’il a une forme propre quand l’objet ne change pas de forme lorsqu’on change de récipient. Par exemple, l’état solide a une forme propre puisque quand on met une craie dans un bécher puis dans un tube à essai, elle ne prend pas la forme du récipient. Ce n’est pas le cas à l’état liquide et à l’état gazeux puisque lorsqu’on place un liquide dans un bécher puis qu’on le transvase dans un tube à essai, on voit bien que le liquide épouse la forme du récipient. Idem pour l’état gazeux qui va épouser la forme du récipient dans lequel il se trouve.
B. Volume propre
On dit que le volume a un volume propre lorsqu’il garde son volume quand on le change de récipient. On dira qu’il n’a pas de volume propre lorsqu’il prend tout l’espace qu’on lui offre, tout l’espace disponible. L’état solide a un volume propre puisque lorsqu’on change la craie de récipient, elle ne va pas prendre tout l’espace disponible. C’est la même chose pour l’état liquide. Il ne prend qu’une petite partie et non tout l’espace disponible. Ce n’est pas le cas pour l’état gazeux, qui prend tout l’espace disponible. Par exemple, le gaz se répartit dans la totalité du bécher ou dans la totalité du tube à essai, qui sont fermés pour éviter qu’il parte dans l’air.
C. Surface horizontale
C’est une propriété concernant la surface de l’eau ou la surface des liquides en général. Cette surface est horizontale donc parallèle au sol. Il faut faire bien attention à cela dans les schémas puisqu’on a l’habitude de la faire perpendiculaire aux parois alors qu’en fait, la surface des liquides est toujours horizontale quelque soit l’inclinaison des récipients.
D. Entités microscopiques
La matière est constituée de petits grains de matière que l’on va appeler entités microscopiques.
– À l’état solide, ces entités microscopiques sont disposées de manière ordonnée et sont peu agitées.
– À l’état liquide, les entités microscopiques sont dans un état désordonné et l’agitation est supérieure à l’état solide.
– À l’état gazeux, on est aussi dans un état désordonné et l’agitation est encore plus forte qu’à l’état liquide. L’agitation augmente lorsque l’on passe de l’état solide à l’état liquide et ensuite à l’état gazeux.
Changement d'état
I. Noms des changements d’état
La matière existe sous trois états : l’état solide, l’état liquide et l’état gazeux. On peut passer d’un état à un autre. Il y a des noms particuliers pour les changements d’état :
– Quand on passe de l’état solide à l’état liquide : la fusion.
– Quand on passe de l’état liquide à l’état solide : la solidification.
– Quand on passe de l’état liquide à l’état gazeux : la vaporisation.
– Quand on passe de l’état gazeux à l’état liquide : la liquéfaction.
Remarques : le terme condensation est utilisé dans le langage courant pour indiquer le passage d’un état gazeux à un état liquide. Il ne faut pas utiliser ce terme mais préférer le terme liquéfaction. On peut aussi utiliser ces deux termes : évaporation et ébullition, ce sont des cas particuliers de la vaporisation. Mais il faut utiliser le terme de vaporisation pour le changement d’état : état liquide à état gazeux.
II. Températures de changement d’état
Quand on a des changements d’état opposés, les températures de changement d’état sont égales. La température de fusion d’un corps pur est égale à celle de solidification. C’est aussi le cas pour les températures de liquéfaction et de vaporisation. Ces températures de changement d’état sont caractéristiques des corps purs.
Par exemple, pour l’eau pure, la température de fusion est égale à celle de solidification et vaut 0°C à Patm. La température de liquéfaction est égale à la température de vaporisation et vaut 100°C. On doit connaître ces températures par cœur. Ces températures de changement d’état permettent d’identifier les corps purs. Si on a un liquide dont on ne connaît pas la nature, et que l’on passe de l’état liquide à l’état gazeux à 100°C, on peut affirmer qu’il s’agit de l’eau pure.
Remarque concernant les températures pendant un changement d’état : pendant tout le changement d’état la température reste constante. Par exemple, on met un glaçon dans un bécher, le glaçon est en train de fondre, on étudie la fusion de l’eau. Tant qu’on a la coexistence de l’état solide et de l’état liquide, la température est de 0°C. La température ne remonte que lorsque le glaçon n’est qu’entièrement fondu et qu’on a uniquement de l’eau à l’état liquide. C’est la même chose pour la vaporisation. On a de l’eau en train de chauffer. Tant qu’on a de l’eau à l’état liquide et de l’eau à l’état gazeux, la température est de 100°C et ceci jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’eau à l’état liquide.
III. Masse et volume
A. Masse
La masse se mesure avec une balance, s’exprime en kilogrammes et mesure la quantité de matière qu’il y a dans les objets. On réalise l’expérience suivante : on étudie la fusion de l’eau pure.
On place des glaçons dans un bécher que l’on pose sur une balance. Supposons que l’on a placé 20g de glaçons, on les laisse fondre et on aura exactement la même masse pour le liquide obtenu. La masse ne varie pas lors d’un changement d’état. En effet, quand on passe de l’état solide à l’état liquide, on ne rajoute pas de matière, ni on en enlève.
B. Volume
Le volume mesure l’espace pris par un objet. Il s’exprime en m3 ou, plus couramment en chimie, en litres. On fait une expérience où l’on étudie la solidification de l’eau pure.
On a placé de l’eau pure colorée dans une éprouvette graduée. On place cette eau pure dans un congélateur. Il y a solidification de l’eau pure et on constate qu’après solidification, le volume occupé à l’état solide est supérieur au volume occupé à l’état liquide. On peut dire que le volume varie lors d’un changement d’état. Dans ce cas, le volume à l’état solide est supérieur à celui à l’état liquide mais ce ne sera pas toujours le cas.