La matière peut exister sous trois états différents : solide, liquide et gazeux. L'état physique d'un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température. Les changements d'état des corps purs se font à température constante.
Les états de la matière
On peut trouver la matière sous trois états différents : solide, liquide ou gazeux.
L'état solide
L'état solide est l'un des états physiques sous lequel la matière peut exister. Les solides possèdent une forme et un volume qui leur sont propres.
Les solides possèdent une forme propre, quel que soit le récipient qui les contient, leur forme et leur volume ne changent pas.
Les solides ayant une forme propre, celle-ci ne dépend pas de l'orientation du récipient.
L'état liquide
L'état liquide est l'un des états physiques sous lequel la matière peut exister. Les liquides possèdent un volume qui leur est propre mais leur forme peut varier. Leur surface libre est toujours horizontale.
Les liquides ne possèdent pas de forme propre, ils prennent la forme du récipient qui les contient.
La forme du liquide varie dans les différents récipients.
Les liquides possèdent un volume propre, leur volume ne change pas lorsqu'on les met dans un autre récipient.
Les liquides s'écoulent sous l'effet de la pesanteur lorsqu'ils ne sont pas contenus dans un récipient.
Les liquides ont une surface libre toujours horizontale.
Quelle que soit l'orientation du récipient, la surface libre des liquides est toujours horizontale, alors que leur forme varie.
L'état gazeux
L'état gazeux est l'un des états physiques sous lequel la matière peut exister. Les gaz ne possèdent ni forme ni volume propres, ils sont compressibles et expansibles.
Les gaz ne possèdent pas de forme propre, ils prennent la forme du récipient qui les contient.
Avec le même volume d'air, on peut gonfler des ballons aux formes différentes.
Les gaz ne possèdent pas de volume propre, ils occupent tout l'espace disponible.
Lorsque l'air contenu dans un ballon s'échappe, il va occuper l'ensemble du volume extérieur.
Les gaz sont compressibles et expansibles, leur volume peut être diminué ou augmenté.
- Lorsque l'on pousse le piston d'une seringue fermée, on diminue le volume de l'air qu'elle contient. L'air est donc compressible.
- Lorsque l'on tire le piston d'une seringue fermée, on augmente le volume de l'air qu'elle contient. L'air est donc expansible.
Les changements d'état
Le changement d'état d'un corps est le passage de son état physique actuel à un autre. Entre les trois états physiques de la matière, il existe six changements d'état. À une pression donnée, les changements d'état des corps purs se font à une température donnée qui reste constante tout au long du changement d'état.
Les changements d'état solide-liquide
La fusion et la solidification sont les deux changements d'état possibles entre les états solide et liquide.
Fusion
La fusion est le passage de l'état solide à l'état liquide.
Lorsqu'un glaçon fond, l'eau passe de l'état solide à l'état liquide.
Solidification
La solidification est le passage de l'état liquide à l'état solide.
L'eau liquide placée au congélateur devient de la glace, c'est-à-dire de l'eau solide. Il s'agit donc d'une solidification.
La fusion et la solidification d'un corps ont lieu à la même température.
La fusion et la solidification de l'eau pure ont lieu à 0 °C, à pression ambiante.
Les changements d'état liquide-gaz
La vaporisation et la liquéfaction sont les deux changements d'état possibles entre les états liquide et gazeux.
Vaporisation
La vaporisation est le passage de l'état liquide à l'état gazeux.
Lorsque l'on chauffe suffisamment de l'eau liquide, elle se vaporise et se transforme en vapeur d'eau.
Liquéfaction
La liquéfaction (ou condensation liquide) est le passage de l'état gazeux à l'état liquide.
La vapeur d'eau qui rencontre des surfaces froides se condense et forme de la buée, composée de gouttelettes d'eau liquide.
La vaporisation et la liquéfaction d'un corps ont lieu à la même température.
La vaporisation et la liquéfaction de l'eau pure ont lieu à 100 °C, à pression ambiante.
Les liquides peuvent aussi se transformer en gaz par évaporation, mais ce changement d'état ne se fait pas à une température fixe. Pour l'eau, ce phénomène de surface dépend entre autres du taux d'humidité de l'air.
À pression normale, l'eau peut s'évaporer à des températures inférieures à 100 °C. L'évaporation est favorisée par une augmentation de la température, de la surface du liquide et de l'aération.
Les changements d'état solide-gaz
La sublimation et la condensation solide sont les deux changements d'état possibles entre les états solide et gazeux.
Sublimation
La sublimation est le passage de l'état solide à l'état gazeux.
La neige carbonique (contenue dans certains extincteurs) est constituée de dioxyde de carbone à l'état solide. Lorsqu'il se retrouve dans l'air, il se transforme spontanément en gaz.
Condensation solide
La condensation solide est le passage de l'état gazeux à l'état solide.
Lorsque la vapeur d'eau présente rencontre un objet très froid, elle subit une condensation solide et forme du givre (des cristaux de glace).
La sublimation et la condensation solide d'un corps ont lieu à la même température.
La sublimation et la condensation solide du dioxyde de carbone ont lieu à -78,5 °C, à pression ambiante.
Lors d'une sublimation et d'une condensation solide, le corps passe de l'état solide à l'état gazeux, ou inversement, sans passer par l'état liquide.
Les températures des changements d'état
À une pression donnée, les corps purs changent d'état à des températures fixes. Dans le cas de l'eau pure, ces températures sont 0 °C et 100 °C.
À pression donnée, les changements d'état des corps purs se font à des températures fixes.
À pression donnée, les températures de changements d'état d'un corps pur ne dépendent d'aucune condition extérieure.
À pression normale :
- La solidification et la fusion de l'eau pure ont lieu à 0 °C.
- La vaporisation et la liquéfaction de l'eau pure ont lieu à 100 °C.
Les paliers de changements d'état
Bien que généralement la température d'un corps pur doive augmenter ou diminuer pour qu'un changement d'état ait lieu, dès que celui-ci a débuté, la température n'évolue plus. On parle ainsi de palier de température.
Lorsqu'un corps pur change d'état, la température demeure constante. La courbe décrivant l'évolution de la température au cours d'un changement d'état fait alors apparaître un palier.
Dans un congélateur, la température est d'environ -18 °C.
- Lorsque l'on sort un glaçon du congélateur, sa température augmente jusqu'à atteindre 0 °C. Il va alors commencer à fondre et la température du mélange (eau solide - eau liquide) va demeurer à 0 °C : c'est le palier de température.
- Une fois le glaçon totalement fondu, la température de l'eau liquide augmentera de nouveau.
- Si l'on réchauffe l'eau, sa température continue d'augmenter. Lorsqu'elle atteint 100 °C, le palier du changement d'état liquide-gaz débute. La température ne peut plus augmenter tant que l'eau liquide n'a pas été complètement vaporisée.
