CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE

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1 CHANGEMENTS D'ETAT DE LA MATIERE I- Les différents états de la matière (rappels de 6 ème ). La matière peut exister sous 3 états physique. - Etat solide - Etat liquide - Etat gazeux On parle de changement d état lorsqu un corps passe d un état physique à un autre. Ces changements d état peuvent avoir lieu bien souvent lorsqu un corps gagne ou cède de la chaleur, on parle aussi de transfert d énergie. - Exercice: L'eau est un corps omniprésent sur Terre et dans l'atmosphère, c est le seul à coexister couramment à l'état solide, liquide et gazeux. Cite différents éléments composés d'eau et complète le tableau suivant : Eau dans la nature Etat solide Etat liquide Etat gazeux II- Propriétés spécifiques de chaque état physique de l eau. 1- Les solides. Les solides peuvent être saisis entre les doigts. Ils ont une forme propre. Il en existe différentes sortes : - les solides durs et difficilement déformable (métaux) - les solides durs et cassants (verre) - les solides mous, et facilement déformables (caoutchouc, certains plastiques...)

2 2- Les liquides. Ils ne peuvent pas être saisis avec les doigts. Les liquides coulent et prennent la forme du récipient qui les contiennent: ils n'ont pas de forme propre. La surface de séparation entre un liquide et l air qui le surmonte est appelé surface libre du liquide - Expérience Prof: Verser un liquide coloré dans différents récipient, transvaser - Activité : Le photographe maladroit. Conclusion: Au repos, la surface libre d un liquide est plane et horizontale. 3- Les gaz. - Activité : Etude de la compression / l expansion d un gaz ; utilisation d une seringue. Conclusion: Les gaz n'ont pas de forme propre et ils prennent toutes la place qui leur est offerte, on dit qu'ils sont expansibles. On peut aussi diminuer leur volume, on dit qu'ils sont compressibles III- Etude de quelques changements d état. 1- Ebullition de l eau pure - Activité expérimentale 1 : Livre p54 (microméga) Expérience au bureau & réponses aux questions

3 Remarques : Influence de la pression atmosphérique sur la température d ébullition. - Activité expérimentale 2 : Le bouillant de Franklin - Remplir à moitié le récipient d'eau faire chauffer jusqu'à ébullition et maintenir l'ébullition 3 minutes - Retirer du feu, boucher le récipient et le retourner : l'eau s'arrête de bouillir. - Passer alors l'éponge humide sur le dessus du récipient : l'ébullition reprend!! - Arrêter de passer l'éponge humide l'ébullition stoppe mais dès que l'on refroidit à nouveau, l'eau se remet à bouillir. Notes et remarques Lorsque l'eau bout, de l'eau liquide se transforme en vapeur d'eau; celle-ci expulse l'air présent initialement dans le récipient et occupe alors la moitié du récipient. Lorsqu'on retire du feu, l'ébullition s'arrête donc la température de l'eau est inférieure à 100 C Avec l'éponge on refroidit la vapeur d'eau qui se condense et redevient donc liquide ; comme l bouché la moitié supérieure du récipient est alors quasiment vide, ce qui signifie que la pressio l'eau est alors très basse. Plus la pression au dessus de l'eau est basse, plus la température d'ébullition de l'eau diminue ; lorsque on a suffisamment fait abaisser la température d'ébullition de l'eau, celle-ci se remet à bouillir mais s'arrête bien vite si on ne continue pas avec l'éponge à recondenser la vapeur d'eau qui se forme et qui augmente la pression au-dessus de l'eau et donc également la température d'ébullition. - Activité expérimentale 3 : Utilisation d'une cloche à vide - Activité documentaire : Livre p57 (microméga) Je retiens: A l air libre (pression atmosphérique normale), l ébullition de l eau pure s effectue à température constante et égale à 100 C. Cette température peut changer en fonction de la pression atmosphérique (cas de l autocuiseur) 2- Solidification de l eau. - Activité expérimentale 1 : Livre p55 (microméga) Expérience au bureau & réponses aux questions

4 Je retiens: La solidification de l eau pure s effectue à température constante et égale à 0 C. - Activité documentaire : Solidification de l eau salée Livre p56 (microméga) / réponses aux questions Je retiens: Dans le cas des mélanges (eau salée), la température au cours des changements d état varie. 3- Fusion de l eau pure.

5 Je retiens: La fusion de l eau pure s effectue à température constante et égale à 0 C REMARQUE : 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. Les changements d'état des corps purs se produisent à température constante. La courbe décrivant l'évolution de la température au cours d'un changement d'état fait alors apparaître un palier. À pression ambiante, la fusion de l'eau pure a lieu à 0 C. Ainsi, lorsqu'on sort un glaçon du congélateur (où la température est d'environ 18 C), sa température va augmenter jusqu'à atteindre 0 C. Il va alors commencer à fondre et la température du mélange (eau solide eau liquide) va rester à 0 C (c'est le palier de température). Une fois le glaçon totalement fondu, la température de l'eau liquide augmentera de nouveau. 4 Vocabulaire adapté aux changements d état. solidification fusion Liquéfaction Vaporisation SOLIDE LIQUIDE GAZ Remarque : La vaporisation peut s effectuer par ébullition ou par évaporation.

6 IV- Interprétation microscopique des changements d'état Plus la température d'un corps est élevée, plus les particules qui le composent sont agitées, on parle d'agitation thermique. Ainsi, à pression constante et au fur et à mesure que la température augmente, les changements d'état se font dans le sens d'une augmentation du désordre. Lorsqu'on augmente, à pression constante, la température d'un solide dans lequel les particules sont très ordonnées, il peut passer à l'état liquide ou à l'état gazeux où les particules sont moins ordonnées. Exemples de changements d'état La fusion provoque un réarrangement des particules les unes par rapport aux autres et correspond au passage de l'état solide (compact et ordonné) à l'état liquide (état moins compact et désordonné). La liquéfaction correspond au passage de l'état gazeux (dispersé et désordonné) à l'état liquide (état compact et désordonné).

7 V- Masse et volume lors d un changement d état. 1- La conservation de la masse Lors d'un changement d'état, les particules qui composent la matière changent de configuration, mais leur nombre ne change pas. La masse ne change pas, car le nombre de particules ne change pas. Lorsqu'un glaçon fond, la masse d'eau liquide obtenue est égale à celle du glaçon. Conservation de la masse lors d'une fusion 2- La variation du volume Fiche activité Masse / Volume - Question : La fusion des icebergs ferait-elle monter le niveau des océans? Qu en est-il de la fusion des glaciers? Fusion des glaces et niveau des eaux Cette question se pose dans le cas de l évolution du niveau des mers et océans dans l hypothèse d une hausse de la température moyenne de la basse atmosphère. Les effets de la fusion des glaces sur les lacs et étangs gelés relèvent du même questionnement Expérience n 1 : Banquise (étendue d'eau de mer gelée) Fusion de la glace formée à partir des étendues d eau - cas de la banquise. Au cours de la fusion du glaçon, il n'y a pas variation du niveau de l'eau. Pour plus de réalisme, des glaçons d eau salée (salinité 34,5g/L en moyenne) peuvent être déposés sur de l eau de même salinité. NB : Il peut neiger sur ces mers gelées, ce qui modifie très légèrement la question, mais les pluies ne sont pas prises en compte dans l étude du niveau des océans (non pris par les glaces)! Expérience n 2 : Inlandsis (ou glacier continental polaire) Fusion de la glace qui alimente un bassin. Cas des glaciers polaires (inlandsis) et des glaciers de montagne. Au cours de la fusion de la glace, il y a accroissement du niveau de l'eau.

8 Je retiens : Lors d'un changement d'état, les molécules changent de configuration et occupent un volume différent. - Ainsi À l'état liquide, les molécules occupent généralement un volume supérieur à celui de l'état solide (à l'exception notable de l'eau) - À l'état liquide, les molécules occupent un volume plus faible qu'à l'état gazeux. - Une bouteille remplie à ras bord d'eau liquide et placée au congélateur explosera si elle y reste suffisamment longtemps, l'eau solide prenant plus de place que celle disponible à l'intérieur de la bouteille. - 1 L d'eau liquide occupera sous forme gazeuse un volume de 1240 L.