Chimie I: Les différents états de la matière et leurs transformations

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "Chimie I: Les différents états de la matière et leurs transformations"

Christelle Papineau
il y a 5 ans
Total affichages :

1 Sciences physiques Stage n Chimie I: Les différents états de la matière et leurs transformations (Illustration : payen.bacquet.free.fr) C.F.A du bâtiment Ermont 1

2 Activité 1 Dans 3 récipients fermés, on place un solide, un liquide et un gaz. Quels sont les caractéristiques de chacun de ces trois états? État solide État liquide État gazeux Observations : Le solide a une forme propre, qui ne dépend pas de la forme du récipient. Observations : Le liquide se déforme au fond du récipient. Observations : Le gaz occupe tout le volume disponible. Un des objectifs de cette leçon est de trouver un modèle de la façon dont la matière (solide, liquide ou gazeux) est faite et qui permette d'expliquer convenablement ces différences de comportements entre les trois états de la matière. Vous avez peut-être déjà une idée... mais sera-t-elle encore valable pour expliquer les observations faites à l'activité suivante? 2

Activité 2 Le cas de l'eau: 1) L'illustration ci-dessus représente le cycle de l'eau sur terre: dans combien d'états différents peut-on trouver de l'eau d'après cette illustration? Lesquels?

3) Que se passe-t-il si on fait refroidir cette eau à une température inférieure à 0 C? A une température inférieure à 0 C, l eau est solidifiée.

3 Activité 2 Le cas de l'eau: 1) L'illustration ci-dessus représente le cycle de l'eau sur terre: dans combien d'états différents peut-on trouver de l'eau d'après cette illustration? Lesquels? Sur terre, on trouve de l eau dans les trois états : solide, liquide et gazeuse. 2) Dans quel état se trouve l'eau à température ambiante? (environ 18 C) A 18 C, l eau est à l état liquide. 3) Que se passe-t-il si on fait refroidir cette eau à une température inférieure à 0 C? A une température inférieure à 0 C, l eau est solidifiée. 4) Que se passe-t-il si on fait chauffer cette eau à une température de 100 C? A une température supérieure à 100 C, l eau est à l état gazeux (vapeur). Remarquez bien... les constituants de cette eau n'ont pourtant pas changé: c'est la même eau dans les trois cas. Qu'à-t-il pu se passer pour expliquer ces changements d'état? Répondre à cette question est justement un des objectifs de cette leçon. 3

4 Et si ce n'est pas de l'eau? Du fer, par exemple 1) Dans quel état se trouvent les métaux, le verre ou les roches à température ambiante? A température ambiante, on a l habitude de les trouver à l état solide. 2) Est-il possible de les trouver à l'état liquide? Si oui, que faut-il faire pour les faire passer à l'état liquide? On peut tous les trouver à l état liquide, à condition de les chauffer. 3) Une température de 100 C serait-elle suffisante pour trouver le fer à l'état liquide? Quand on chauffe de l eau dans une casserole jusqu à ébullition (100 C), la casserole reste solide... donc non, 100 C n est pas assez chaud pour faire fondre du fer (il faut en fait dépasser 1500 C). 4) Serait-il possible de le trouver à l'état de gaz? Oui, mais à condition de chauffer plus encore (plus de 2500 C). Remarquez bien... Il semble que ce qui est vrai pour l'eau est vrai aussi pour les métaux, les verres, les roches,... A savoir aussi: il existe un métal qui est liquide à température ambiante: c'est le mercure, très toxique. Ce métal est une exception: les autres sont solides à température ambiante. 4

Encore un autre exemple, le gaz dioxygène: L'air est un mélange de gaz à température ambiante, constitué de: gaz di-azote (presque 80%, c'est le constituant majoritaire, largement), du gaz di-oxygène

5 Encore un autre exemple, le gaz dioxygène: L'air est un mélange de gaz à température ambiante, constitué de: gaz di-azote (presque 80%, c'est le constituant majoritaire, largement), du gaz di-oxygène (pour presque 20%, il permet aux êtres vivants de respirer) et de petites quantités de pleins d'autres gaz... 1) Dans quel état se trouve l'oxygène de l'air à température ambiante? A température ambiante, l oxygène de l air est à l état gazeux. 2) Que suggère l'illustration ci-dessus? Que dire de la température qui règne à l'intérieur de la citerne du camion? On peut liquéfier les gaz (ici, ceux qui composent l air). Il faut alors refroidir (pour l oxygène, c est presque à -200 C, c est très froid) 3) Serait-il possible de le trouver à l'état de solide? A quelle condition? Oui, on peut les solidifier, à condition de refroidir encore plus (pour l oxygène, c est presque à -220 C) 5

6 Résumons: La matière peut se présenter sous différents états: Solide Liquide Gazeux De plus, on peut faire passer la matière d'un état à un autre, à condition de chauffer suffisamment: solide à liquide, liquide à gazeux refroidir suffisamment: gazeux à liquide, liquide à solide. Bien entendu, d'une matière à une autre, les températures à atteindre changent: à chaque matière ses températures de changements d'états. Continuons: Le souci du physicien est maintenant de trouver comment expliquer ces observations. Il faut trouver un «modèle» qui permet de comprendre ce qu'il se passe. De plus, ce «modèle» doit être compatible avec les caractéristiques des trois états que nous avons vu à l'activité précédente: forme propre pour le solide, prend la forme du fond du récipient pour le liquide, prend tout le volume disponible pour le gaz. Comme souvent, une fois la solution trouvée, on pourra s'étonner de sa simplicité. Mais n'oublions pas que c'est toujours plus facile quand on connait la solution, et que des dizaines des meilleurs physiciens ont uni leurs efforts pour la trouver. La clé? La clé, c'est de considérer la matière est constituée de particules extrêmement petites et en très très grand nombre. A notre échelle, nous ne pouvons pas les distinguer. Il faut arriver à se dire par exemple qu'une seule goutte d'eau est constituée de milliards de milliards de petites particules d'eau, bien entendu invisibles à l'œil nu (et même au microscope). C'est la clé. Quand on accepte cette vision des choses, maintes fois validées par d'autres expériences, on a toutes les cartes en main pour comprendre à la fois: les caractéristiques des différents états, mais aussi pourquoi une matière peut changer d'état, et ce qu'il faut faire pour que cette matière change d'état. 6

7 Activité 3 Le moment est venu d'interpréter tous nos résultats pour donner un modèle convaincant de la façon dont la matière est faite... Plus chaud État : Gazeux Description : Particules libres, éloignées et très agitées État : Liquide Description : Particules peu liées, proches mais désordonnées, et un peu agitées. État : Solide Description : Particules liées, ordonnées et peu agitées Plus froid Attention! Le travail ne s'arrête pas là. Il faut maintenant que l'on s'intéresse aux noms de chaque changement d'état (par exemple, de solide à liquide). 7

8 Particules plus agitées Température plus chaude Liquéfaction Ébullition Condensation Sublimation Solidification Fusion Particules moins agitées Température plus froide 8

l état solide à l état liquide : Nom du changement d état : La fusion Pour

9 Exercice 1 : Cochez les bonnes réponses Exercice 2 : Cochez les bonnes réponses et donnez le nom du changement d état correspondant : Pour passer l état solide à l état liquide : Nom du changement d état : La fusion Pour passer l état solide à l état gazeux : Nom du changement d état : La sublimation 9

10 Pour passer l état liquide à l état solide : Nom du changement d état : La solidification Pour passer l état liquide à l état gazeux : Nom du changement d état : L ébullition Pour passer l état gazeux à l état liquide : Nom du changement d état : La liquéfaction Pour passer l état gazeux à l état solide : Nom du changement d état : La condensation 10

Documents pareils

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE 1. RAPPEL: L ATOME CONSTITUANT DE LA MATIERE Toute la matière de l univers, toute substance, vivante ou inerte, est constituée à partir de particules