Un changement d'état est le passage d'un état à un autre sous l'effet d'un changement de température ou de pression.

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1 Chapitre 5 Les changements d'états de la matière: date Rappel: Un changement d'état est le passage d'un état à un autre sous l'effet d'un changement de température ou de pression. La matière peut en général, passer d'un état à l'autre: Si l on chauffe Si l on refroidit SOLIDE LIQUIDE SOLIDE LIQUIDE GAZ GAZ I. LA FUSION La fusion est le passage de l'état solide vers l'état liquide. Exemple: laisser fondre un glaçon. Chauffons un récipient contenant un solide : au bain marie. Agitons constamment le contenu et, de minute en minute, notons la température de l eau qui se forme.! ne pas toucher le récipient avec le thermomètre. Schéma du montage Observation Vanden Abeele cours de physique 2ème 1

2 Inscrivons les valeurs dans le tableau ci-dessous. Temps en min Température en C Etat Note à partir de quel moment le liquide est apparu Consignes : le choix des axes : la variable dépendante de l autre est toujours placée verticale ; la variable indépendante, horizontalement. Le choix de l échelle (la graduation) est à décider en fonction des données expérimentales. Graphique de la fusion du Vanden Abeele cours de physique 2ème 2

3 Analyse du graphique : Il y a 3 parties dans le graphique Observations Explication 1. la température augmente de manière proportionnelle à la chaleur L état d agitation des molécules au proportionnellement à l apport d énergie. fournie. Le corps est toujours solide (espace intermoléculaire petit ) 2. la température est constante. Les molécules utilisent l énergie pour vaincre la force de cohésion qui retiennent les molécules à l état solide, et donc pour augmenter l espace intermoléculaire. C est à ce moment que se produit le changement d état. Les deux états coexistent. 3. la température augmente à nouveau de manière proportionnelle à la chaleur fournie. L état d agitation des molécules augmente proportionnellement à l apport d énergie. Le corps est entièrement à l état liquide. Loi : Sous une pression constante donnée, un corps solide pur fond à une température déterminée : c est la température de fusion ou point de fusion de la substance. Cette température RESTE CONSTANTE pendant toute la durée de la fusion. Chaleur température Pendant le changement d état (palier de fusion) on a continué à chauffer la substance ; or la température est restée constante.!!!!!!!! Il ne faut donc pas confondre Chaleur : forme d énergie Température : degré d agitation des molécules. Exercice : Complète par Température ou chaleur? La de l air de la pièce est plus élevée que celle du couloir. Le chocolat fond à une certaine La dégagée par le radiateur est agréable. Lorsque je touche un objet chaud, je perçois la différence de entre ma main et l objet qu elle touche. On élève la de l eau contenue dans une casserole en lui fournissant de la. Vanden Abeele cours de physique 2ème 3

4 II. LA SOLIDIFICATION La solidification est le passage de l'état liquide à solide. Exemple: l'eau qui se transforme en glaçon dans le congélateur. Expérience Schéma Observation Un tube à essai rempli à moitié d eau est plongé dans un mélange réfrigérant (glace pilée + sel de cuisine). La température peut descendre jusqu à 20 C dans un tel mélange. On relève la température de l eau toutes les 60 secondes et on observe soigneusement ce qui se passe dans le tube à essai. L eau contenue dans le tube à essai est constamment agitée à l aide du thermomètre. Etudions l évolution de la température lors de la solidification. Tableau des résultats obtenus au cours d une expérience et construction du graphe TEMPS en min, TEMPÉRATURE en C ÉTAT PHYSIQUE DE L EAU , Observe l état physique de l eau pendant l expérience et complète la troisième colonne du tableau. Quel est l état physique de l eau dans la partie AB du graphe? dans la partie BC? dans la partie CD? Vanden Abeele cours de physique 2ème 4

5 III. LA VAPORISATION La vaporisation est un phénomène général du passage de l'état liquide à l'état gazeux. La vaporisation se fait soit par: évaporation, Vaporisation lente et spontanée, qui se fait à n importe quelle température, uniquement à la surface libre du liquide ébullition, Vaporisation rapide et non spontanée, qui se fait au sein même du liquide, toujours à la même température, pour une matière donnée et à pression constante Evaporation : Quelques expériences faciles à réaliser... Mesure la quantité d eau après 1/2 heure, après 1 heure... même quantité d eau, même température, récipients différents Mesure la quantité d eau après 1 jour, après 2 jours... même quantité d eau, même température, récipients plus ou moins fermés Mesure la quantité d eau après 1 jour, après 2 jours... même quantité d eau, même température, récipients identiques, air plus ou moins agité Mesure la quantité d eau après 1 heure, après 2 heures... récipients identiques, même température, des liquides différents en même quantité Mesure la quantité de liquide après 1 heure... Vanden Abeele cours de physique 2ème 5

6 Conclusion : L évaporation dépend de : la température plus on chauffe le liquide, plus l évaporation est rapide de la grandeur de la surface libre du liquide plus la surface libre du liquide est grande, plus l évaporation est rapide de la saturation en vapeur d eau plus l air qui entoure le liquide est saturé en eau, moins l évaporation est rapide. de la ventilation plus la ventilation est forte, plus l évaporation est rapide. En effet, le courant d air entraîne les molécules évaporées. de la nature du liquide un liquide qui s évapore facilement est appelé liquide volatile. L ébullition est un phénomène qui se réalise en profondeur. Tout le liquide est chauffé et des bulles se forment à l'intérieur du liquide. Chaque substance a une température d'ébullition qui lui est propre. Exemples : T ébullition de l'eau pure est de 100 C, celle de l'alcool de 78 C, à pression atmosphérique standard. Complète le texte suivant: De A à B: L eau s échauffe. Sa augmente. L eau reçoit de la De B à C: L eau se transforme en vapeur d eau. Sa reste constante bien qu elle continue à recevoir de la. À quelle température approximative est l eau au départ? Quelle est la température d ébullition de l eau? C Exercice : Remplis le tableau en indiquant l état physique du corps en utilisant: (S) si le corps est à l état solide - (L) si le corps est à l état liquide - (G) si le corps est à l état gazeux. Corps Température de fusion Température d ébullition Eau 0 C 100 C Alcool -117 C 78 C Fer 1535 C 3000 C Mercure -39 C 357 C plomb 327 C 1740 C -50 C 90 C 500 C 2000 C Vanden Abeele cours de physique 2ème 6

7 Rôle de la pression sur la température d ébullition Expérience Observation Au départ, l eau NE bout PAS. Elle a moins que 100 C. Lorsqu on verse de l eau froide, elle se remet à bouillir. Conclusion Comme à aucun moment on ne chauffe, mais au contraire on refroidit, l eau bout donc bien à une température inférieure à 100 C. La t d ébullition a diminué!!! EXPLICATION : L eau froide versée sur le vase, refroidit et fait se contracter le gaz qu il contient (vapeur d eau qui vient de se former). Le mouvement des molécules diminue et l eau repasse à l état LIQ. Conséquence: la PRESSION à l intérieur du vase DIMINUE CONCLUSION : La t d ébullition dépend de la pression: si la pression diminue: la t d ébullition diminue aussi: l eau bout à une t plus que 100 C si la pression augmente: la t d ébullition augmente aussi: l eau bout à une t plus que 100 C. APPLICATIONS 1. En montagne Plus on monte en altitude, moins on a d air audessus de nous, moins la pression est forte. En montagne, la pression est plus faible, donc l eau va bouillir à MOINS de 100 C. 2. La casserole à pression Le couvercle empêche les vapeurs de sortir, donc la pression augmente. Si la pression augmente, la t d ébullition augmente aussi et l eau bout à PLUS de 100 C. Si la t augmente, la cuisson des aliments se fait plus vite. Vanden Abeele cours de physique 2ème 7

8 IV.LA LIQUEFATION La liquéfaction est un phénomène général du passage de l'état gazeux à l'état liquide. Expérience Observation un glaçon est posé sur une plaque chauffante. une plaque de verre sur le chemin de la vapeur d eau 5. La vitre se couvre de BUEE. La vapeur d eau invisible s est condensée sous forme de fines gouttelettes liquides visibles, qui deviennent de plus en plus grosses. Exercices : Une vitre est utilisée comme surface de condensation. Doit-elle être chaude ou froide? Sa température n a-t-elle pas d importance? Quelle différence fais-tu entre condensation et précipitation? Comment expliques-tu qu en hiver on dirige de l air chaud vers les vitres d une voiture pour faire disparaître la buée qui s y forme? Problème Comment les nuages se forment-ils? Représentation de la situation ( devoir ) Essayons de représenter ce qui se passe dans la nature lorsque l eau s évapore, puis se condense et précipite sous forme de pluie. Vanden Abeele cours de physique 2ème 8

9 Applications L atmosphère contient de la vapeur d eau invisible. Ce gaz se condense sous formes de buée 1 ) à la surface des lunettes quand on vient du froid 2) à la surface d une bouteille sortant du frigo 3) à la surface des feuilles au petit matin: c est la ROSEE 4) l haleine sortant de la bouche est visible par temps froid 5) formation de brouillard et de nuages Ce sont de fines gouttelettes liquides en SUSPENSION dans l air et ou de particules de glace. Si la t diminue, ces gouttelettes deviennent plus grosses et tombent: c est la PLUIE Si la t diminue encore, l eau passe à l état solide: c est la NEIGE ou la GRELE Une expérience toujours spectaculaire et souvent utilisée dans les mises en scène au théâtre comme au cinéma consiste à déposer quelques morceaux de glace carbonique (solide) dans l eau. Ceci entraîne un passage immédiat à l état gazeux: ce phénomène est très visible par le dégagement de grosses bulles blanchâtres. La vapeur d eau contenue dans ces bulles et dans l atmosphère se condense au contact du gaz carbonique froid: les turbulences blanches au-dessus de l eau qui donne l illusion de bouillir, résultent donc de la condensation de la vapeur d eau. = ébullition suivie de condensation La DISTILLATION La distillation se faisait anciennement dans une cornue. Un appareil à distiller moderne comprend: un ballon à distiller une colonne à distiller un réfrigérant L eau impure est chauffée pour la faire bouillir. Les vapeurs montent dans la colonne et se purifient: les impuretés retombent dans le ballon. Les vapeurs pures arrivées au sommet de la colonne passent dans le réfrigérant où elles sont refroidies et redeviennent de l eau à l état liquide. On a ainsi préparé de l eau distillée. Applications: - séparation de produits. - analyse et purification de produits. - distillation des boissons fermentées et obtention de l alcool. - distillation du pétrole, de la houille, du bois. Vanden Abeele cours de physique 2ème 9

10 V.LA SUBLIMATION La sublimation est le passage de l'état solide à gazeux et inversement sans passer par l état liquide. Expérience Plaçons des pastilles (solide) d iode dans un erlen et chauffons.q Observation Des vapeurs violettes se forment sans qu il n y ait eu apparition de liquide. Conclusion : Les pastilles d iode se subliment. Ex : La glace peut s'évaporer de la même façon que l'eau. La glace carbonique Blocs de déodorant sanitaire Boules de naphtaline Exercice : Dans la nature, l eau existe en de nombreux endroits. Elle se déplace d un endroit à l autre en un mouvement perpétuel appelé cycle de l eau. Recherche quelques trajets cycliques accomplis par l eau dans le milieu représenté par le schéma. Ex : nuage pluie sol nuage Place sur le schéma les noms des différents changements d états. Vanden Abeele cours de physique 2ème 10