États de la matière : solide, liquide, gaz
États de la matière : solide, liquide, gaz
La matière existe sous trois états, solide, liquide et gaz, qui se distinguent par la façon dont ses particules sont rangées et bougent ; en changeant d’état, la masse se conserve mais le volume change.
Objectifs
- Reconnaître les trois états de la matière grâce à leurs propriétés (forme, volume, compressibilité).
- Décrire chaque état avec le modèle particulaire.
- Nommer les six changements d’état.
- Savoir que, lors d’un changement d’état, la masse se conserve et le volume varie ; reconnaître le palier de température d’un corps pur.
1. Les propriétés des trois états
| Propriété | Solide | Liquide | Gaz |
|---|---|---|---|
| Forme propre | oui | non (prend la forme du récipient, surface libre plane et horizontale au repos) | non (occupe tout l’espace offert) |
| Volume propre | oui | oui | non |
| Compressible | non | non (presque pas) | oui |
| Exemples | fer, glace, sel | eau, huile, lait | air, vapeur d’eau, butane |
Quelle propriété permet de distinguer à coup sûr un gaz d’un liquide ?
2. Le modèle particulaire
Toute matière est faite de minuscules particules (molécules ou atomes), invisibles même au microscope ordinaire, toujours en mouvement.
- Solide : particules proches et ordonnées, elles vibrent sur place. État compact et ordonné.
- Liquide : particules proches mais désordonnées, elles glissent les unes sur les autres. État compact et désordonné.
- Gaz : particules éloignées et désordonnées, très agitées. État dispersé et désordonné : c’est pourquoi on peut le comprimer (il y a du vide entre les particules).
À toi : place le nom de chaque état sur le bon récipient.
Observe : dans un récipient les particules sont rangées en rangs serrés, dans un autre elles sont serrées mais en désordre au fond, dans le dernier elles sont dispersées dans tout le volume.
Pourquoi un gaz est-il compressible, contrairement à un liquide ?
3. Les changements d’état
Un changement d’état est le passage d’un état à un autre. Il y en a six :
flowchart LR S[Solide] -->|fusion| L[Liquide] L -->|solidification| S L -->|vaporisation| G[Gaz] G -->|liquefaction| L S -->|sublimation| G G -->|condensation| S
- Fusion : solide vers liquide (le beurre de karité qui fond).
- Solidification : liquide vers solide (l’eau qui devient glace au congélateur).
- Vaporisation : liquide vers gaz, par évaporation lente (le linge qui sèche) ou par ébullition (l’eau qui bout).
- Liquéfaction : gaz vers liquide (la buée sur la bouteille froide).
- Sublimation : solide vers gaz (la naphtaline qui disparaît dans l’armoire).
- Condensation : gaz vers solide (le givre dans le congélateur).
Le matin, des gouttes de rosée apparaissent sur les feuilles. Quel changement d’état s’est produit ?
4. Masse, volume et température
Exemple résolu 1
Kofi verse 500 g d’eau liquide dans un bac à glaçons. Quelle est la masse des glaçons obtenus ? Leur volume est-il plus grand ou plus petit que celui de l’eau ?
Voir la solution
La masse se conserve : les glaçons ont une masse de 500 g. Le volume, lui, augmente un peu : l’eau est une exception, elle gonfle en gelant (la glace est moins dense que l’eau liquide, c’est pourquoi elle flotte).
Le palier de température d’un corps pur
On chauffe régulièrement de la glace pilée sortie du congélateur et on relève la température. Pour un corps pur comme l’eau, la température reste constante pendant tout le changement d’état : c’est un palier. Sous la pression atmosphérique normale, l’eau pure fond à \(0\ ^\circ\text{C}\) et bout à \(100\ ^\circ\text{C}\).
La glace se réchauffe : sa température monte jusqu’à 0 °C.
La glace fond : tant qu’il reste de la glace, la température reste à 0 °C (palier de fusion).
Toute la glace a fondu : l’eau liquide se réchauffe de 0 °C à 100 °C.
L’eau bout : la température reste à 100 °C tant qu’il reste du liquide (palier d’ébullition).
Exemple résolu 2
Aïcha chauffe de l’eau pure sur le feu. Le thermomètre affiche \(100\ ^\circ\text{C}\) et l’eau bout. Elle augmente le feu au maximum. Que va indiquer le thermomètre ?
On fait fondre 200 g de glace. Que peut-on dire de l’eau liquide obtenue ?
Erreurs fréquentes
Récapitulatif
- Solide : forme et volume propres ; liquide : volume propre seulement ; gaz : ni l’un ni l’autre, compressible.
- Modèle particulaire : compact ordonné (solide), compact désordonné (liquide), dispersé désordonné (gaz).
- Six changements d’état : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation, condensation.
- Changement d’état : masse conservée, volume modifié ; palier de température pour un corps pur (eau : 0 °C et 100 °C).
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