Une même substance peut être solide, liquide ou gazeuse : ses propriétés permettent de reconnaître son état.

Les états de la matière

Objectifs

Distinguer les propriétés des trois états.
Nommer les principaux changements d’état.
Relier des observations courantes à un modèle simple.

Notions clés : solide, liquide et gaz

Un solide possède généralement une forme propre et un volume propre. Un liquide conserve son volume mais prend la forme de la partie du récipient qu’il occupe. Au repos, sa surface libre est horizontale. Un gaz ne possède ni forme propre ni volume propre : il occupe tout l’espace disponible dans un récipient fermé.

Un gaz est compressible : son volume peut diminuer. Un liquide est très peu compressible dans les conditions courantes. Les grains de sable sont des solides : un tas peut changer de forme, mais chaque grain garde la sienne.

On verse de l’eau d’une tasse dans une bassine sans en perdre. Que change-t-elle principalement ?

Sa forme
Sa nature chimique
Sa quantité

L’eau liquide épouse le récipient ; le transvasement ne la transforme pas en une autre substance.

Exemple résolu : classer avec un critère

Voir la solution après avoir cherché

On observe que l’air n’a pas une forme propre : le ballon lui impose sa forme.

Il occupe tout l’espace intérieur disponible et peut être comprimé.

On conclut que l’air est un gaz. Le ballon est une enveloppe solide ; son contenu est gazeux.

Pour expliquer les propriétés, on utilise un modèle de particules. Dans un solide, elles restent proches et vibrent autour de positions ; dans un liquide, elles restent proches mais se déplacent les unes par rapport aux autres ; dans un gaz, elles sont très espacées et se déplacent. Un changement d’état ne fait pas grossir les particules.

Dans le modèle d’un gaz, les particules sont surtout…

Très espacées et mobiles
Fixées les unes aux autres
Absentes

Les particules du gaz se déplacent et sont bien plus espacées que dans les états condensés.

Changements d’état et erreurs fréquentes

La fusion fait passer du solide au liquide ; la solidification fait l’inverse. La vaporisation fait passer du liquide au gaz ; la liquéfaction fait l’inverse. L’évaporation est une vaporisation à la surface du liquide, possible sans ébullition.

flowchart LR
 S[Solide] -->|Fusion| L[Liquide]
 L -->|Solidification| S
 L -->|Vaporisation| G[Gaz]
 G -->|Liquefaction| L

Dans un récipient fermé, sans fuite, la masse totale se conserve lors d’un changement d’état. La substance reste la même : fondre n’est pas disparaître.

Voir la solution après avoir cherché

Cherche d’abord : que devient la buée sur une bouteille froide ?

L’eau présente à l’état gazeux dans l’air se refroidit au voisinage de la bouteille.

Elle forme des gouttelettes liquides sur la paroi : c’est une liquéfaction. Ce n’est pas de l’eau qui traverse le verre.

Le linge sèche sans bouillir. Quel phénomène intervient ?

Solidification
Évaporation
Fusion

L’évaporation se produit à la surface de l’eau liquide sans nécessiter une ébullition.

Références pédagogiques consultées : OpenStax — Phases and Classification of Matter, OpenStax — Phase Transitions. Les exemples chiffrés du cours sont des situations fictives.

Récapitulatif

Un solide garde généralement sa forme ; un liquide épouse le récipient en conservant son volume ; un gaz remplit l’espace disponible. Un changement d’état conserve la nature de la substance.

Solide

Forme propre et volume propre dans les conditions courantes.

Liquide

Volume propre ; forme imposée par le récipient.

Gaz

Ni forme propre ni volume propre.

Fusion

Passage du solide au liquide.

Vaporisation

Passage du liquide au gaz.

Liquéfaction

Passage du gaz au liquide.