matiere : états et changements d`etats

Fiches sciences CRPE – États et changements d’états – 2008 – http://profecoles.free.fr
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MATIERE : ÉTATS ET CHANGEMENTS D’ETATS
Les états de la matière :
• L’état solide : État ordonné. Les molécules ont des positions fixes et proches les unes des
autres : ont une forme propre qui ne dépend pas du récipient. Il n’est pas compressible.
• L’état liquide : État désordonné ou condensé ; molécules se déplacent les unes par rapport
aux autres mais occupent toujours un espace déterminé. N’a pas de forme propre, fluide,
coule et prend la forme du récipient qui le contient. Sa surface libre est toujours horizontale. Il
n’est pas compressible.
• L’état gazeux : État désordonné et dispersé ; molécules éloignées les unes des autres et se
déplacent librement. N’a pas de forme propre, prend la forme du récipient qui le contient et
occupe tout l’espace disponible. Compressible.
• Le nuage :
- Constitué de fines gouttelettes d’eau liquide et/ou de petits cristaux de glaces, baignant
dans de l’air riche en vapeur d’eau.
- Les gouttelettes et cristaux se maintiennent grâce aux forces exercées par les
mouvements d’air ascendants. Quand l’effet de leur poids l’emporte, ils tombent.
- Formation : Au contact des couches d’air froid de l’atmosphère, la vapeur d’eau se
condense. Les gouttelettes d’eau formées sont poussées par les vents et se rassemblent.
- Plus la concentration en gouttelettes d’eau est importante, moins la lumière du soleil
parvient à traverser le nuage. Le nuage apparaît donc noir.
Changements d’états des corps purs
• Raisons : Variation des conditions de température ou de pression.
• Les différents changements
Dans des conditions normales de pression, le palier de fusion  solidification de l’eau pure
est à O°C et le pallier de vaporisation  condensation à 100°C.
Si l’eau n’est pas pure, ou si la pression est différente de 1013 hPa, ces paliers diffèrent.
Gaz
Solide Liquide
Sublimation
Condensation solide
Fusion
Solidication
Vaporisation
Condensation/Liquéfaction

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Ex : En altitude, la pression baisse et on atteint l’ébullition à des températures inférieures à
100°C (85°C au Mont Blanc). Il faut donc plus de temps pour obtenir une cuisson complète
d’un aliment.
Ex2 : Aliments cuisent plus rapidement dans une cocotte minute que dans une casserole
parce-que le dispositif de fermeture de la cocotte conduit à l’existence d’une pression interne
supérieure à la pression atmosphérique : température dépasse les 100°C (impossible dans
une casserole à l’air libre). Le temps de cuisson est donc réduit (car température plus élevée).
Un dispositif de sécurité (la soupape) contrôle le niveau de pression interne pour empêcher
l’existence de pressions intérieures trop importantes pouvant présenter des risques
d’explosion).
Ex sublimation : Trainée d’avions.
• Le cycle naturel de l’eau : L’eau liquide à la surface de la terre (mers, rivières…)
s’évapore et s’élève. Au contact d’airs froids, les nuages se forment par condensation de la
vapeur d’eau. Les nuages sont déplacés par les vents, les précipitations apparaissent. L’eau
retombe à la surface de la terre. Si les températures à la surface sont en dessous de 0°C, il y a
solidification. L’eau devient solide. Il y aura alors fusion dès que les températures monteront,
l’eau redeviendra liquide. Une partie de l’eau liquide à la surface du sol passe par infiltration
dans des nappes d’eau souterraine.
• Vaporisation : évaporation et ébullition : La vaporisation peut se faire de 2 manières :
- Évaporation : La vaporisation est limitée à la surface du liquide. Elle se produit à des
températures ordinaires, au contact de l’air. La vitesse d’évaporation dépend de la nature du
liquide (+ ou – volatil), de l’agitation de l’air et du taux d’humidité de l’air, de la température.
Ex : linge qui sèche sur une corde.
- Ébullition : La vaporisation a lieu à l’intérieur même du liquide. La formation de gaz se
traduit par l’apparition de bulles qui agitent le liquide restant. La température d’ébullition
d’un corps pur est une constante caractéristique du corps pur considéré. (Quand on chauffe de
l’eau du robinet dans un récipient, des petites bulles s’échappent de l’eau avant l’ébullition :
expulsion de gaz initialement dissous dans l’eau).
• Masse et volume : Au cours d’un changement d’état, la masse est conservée mais le volume
varie.
Avec la solidification, le volume de l’eau augmente. (exceptionnel par rapport à d’autres
substances où le volume diminue).
• Chaleur et température : Lors du palier de changement d’état d’un corps pur, il peut y
avoir apport de chaleur sans que la température évolue. L’énergie transférée au corps par
apport de chaleur est utilisée pour réaliser le changement d’état, et non pour obtenir une
élévation de température. Une fois le changement d’état terminé, la température reprendra son
évolution.
Ex : température de l’eau bouillante reste constante alors qu’on continue de la chauffer :
énergie apportée est alors utilisée pour vaporiser l’eau (jusqu’à transformation complète). Si
apport de chaleur se poursuit lorsque toute l’eau est vaporisée = augmentation de la
température de l’air enrichi en vapeur d’eau.