SCIENCES PHYSIQUES. La matière. A Etats de la matière. 1. Notion de corps pur. MATIERE - Etats et transformations de la matière

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1 SCIENCES PHYSIQUES La matière A Etats de la matière 1. Notion de corps pur 1 / 15

2 Un corps pur est l un des constituants d une matière ordinaire. Il n est composé que d un seul type de substance (molécule) et a une formule chimique bien définie. ex : l eau (H2O), le chlorure de sodium (Na Cl) Les corps purs sont rares dans la nature. L air est un mélange de plusieurs corps purs gazeux (di azote et dioxygène principalement). L eau de mer est un mélange d eau et de nombreuses substances dissoutes. Les corps purs se présentent sous trois états : solide, liquide et gaz. 2 / 15

3 2. Comparaison des trois états d un corps pur 3. Etats intermédiaires 3 / 15

4 La distinction des états des substances ordinaires n est pas toujours facile car celles-ci ne sont généralement pas des corps purs. On les classe alors en états intermédiaires : - Solides mous - Solides divisés (farine, sable) - Liquides épais - Gels (suspension dans l eau de corps faits de macromolécules constituant des réseaux filamenteux piégeant l eau) - Solides amorphes (corps vitreux) : structure compacte, mais molécules très peu ordonnées (matières plastiques, verre), cohésion par les macromolécules les constituant B. Les 6 changements d états du corps pur: passage d un état à un autre 4 / 15

5 1. Nomenclature - Solidification : passage de l état liquide à l état solide Fusion : passage de l état solide à l état liquide Liquéfaction (condensation liquide): passage de l état gazeux à l état liquide Vaporisation : passage de l état liquide à l état gazeux Sublimation : passage de l état solide à l état gazeux Condensation (condensation solide): passage de l état gazeux à l état solide 5 / 15

6 2. Paliers de température Le changement d état d un corps pur se fait à température constante. D où les paliers de la courbe représentant les variations de la température en fonction du temps lors de la fusion et de l ébullition d un corps pur. palier de fusion : coexistence solide/liquide palier d ébullition : coexistence liquide/gaz La valeur de la température d un changement d état est caractéristique du corps pur considéré. La température d ébullition augmente avec la pression. D où en altitude l eau bout à 70, mais les nouilles ne cuisent pas. Dans la cocotte, l eau ne bout qu à 120, alors les aliments cuisent plus vite. 6 / 15

7 Les changements d état entre solide et liquide ne dépendent pas de la pression. Conservation de la masse (attention aux phénomènes parasites comme l évaporation) Au cours d un changement d état, il y a conservation de la nature de la substance et de la quantité de matière ; la masse se conserve. Cependant variation de volume : assez faible lors de la fusion/condensation mais très importante lors de l ébullition/liquéfaction. 3. Energie des changements d état La transition d un état ordonné vers un état moins ordonné nécessite un apport d énergie. Ex : il faut chauffer pour faire fondre de la glace Plus la T C est élevée, plus l énergie de mouvement des molécules, donc la vitesse, est grande. 7 / 15

8 Chauffer un solide entraîne l accroissement de l agitation des molécules jusqu à casser son organisation ordonnée début de la transition vers le liquide. Chauffer un liquide permet à certaines molécules de s échapper, début de la transition vers le gaz. La transition d un état désordonné vers un état ordonné se fait avec une perte d énergie. Ex : la vapeur d eau qui se condense cède de la chaleur à son environnement C. Les changements d état des mélanges La courbe T=f(t) d un mélange ne présente pas de palier. 8 / 15

9 Les températures de changement d état dépendent de la composition du mélange. Ajout de sel dans l eau : baisse la température de fusion de l eau (l eau salée peut rester liquide à -10 C). Fabrication d un mélange réfrigérant = glace pilée + gros sel dans les proportions 2/3 1/3 => réaction endothermique entre le sel et l eau, fait que ce mélange absorbe la chaleur du milieu. La température passe donc de 0 C à -20 C en 40s. D. Etats et changements d état de l eau 1. Carte d identité de la molécule d eau L eau du robinet n est pas un corps pur, elle contient beaucoup de substances dissoutes. On peut obtenir de l eau pure par distillation. Mise en évidence de l eau par le sulfate de cuivre anhydre blanc qui bleuit en présence d eau. 9 / 15

10 Degré hydrotimétrique de l air : indique la quantité de vapeur d eau présente dans l atmosphère. 0 < D < 1 Atm. Sèche air saturé Hygromètre : appareil mesurant le taux d humidité de l air 2. Les états de l eau Une des particularités de l eau est qu elle se présente dans les conditions naturelles sur Terre sous les trois états (solide, liquide et gaz). - Etat gazeux : vapeur d eau inodore, invisible et incolore - Etat liquide : Brouillard (très petites gouttelettes d eau en suspension dans l atmosphère) Nuages (gouttelettes d eau plus grosses) 10 / 15

11 - Etat solide : différents aspects suivant les conditions de solidification (glace, neige, grêle) 3. Evaporation/ébullition : 2 modes de vaporisation Interprétation moléculaire du phénomène d évaporation : De l énergie du milieu environnant est cédée aux molécules. Au hasard des agitations et des chocs entre les molécules, certaines d entre elles situées à la surface du liquide peuvent acquérir une impulsion suffisante pour le quitter et devenir des particules libres de gaz. Mais inversement des particules de gaz présentes au-dessus peuvent retomber dans le liquide. On peut obtenir : -> Une situation équilibrée 11 / 15

12 -> Une diminution ou une augmentation de la quantité de liquide L augmentation de la température augmente l agitation moléculaire. L aération chasse les molécules de gaz et défavorise leur retour dans le liquide. Condensation : se produit quand la vapeur d eau est refroidie Canette sortie du réfrigérateur : sa paroi extérieure froide se couvre de buée Formation des nuages à partir de la vapeur résultant de l évaporation de la mer, du fait des basses températures régnant en altitude. Pour se condenser et rester condensée, l eau a besoin d un support solide : vitre au-dessus d une casserole d eau bouillante, particules en suspension dans l air. 12 / 15

13 4. Fusion La température de fusion de l eau est utilisée pour définir l échelle Celsius. T fus =0 C 5. Solidification : particularité de l eau liquide quand on la refroidit D abord elle se contracte Mais à partir de 4 C elle se dilate Elle se dilate encore en passant à l état solide 6. Cycle de l eau dans la nature La quantité totale d eau sur Terre est constante. L eau effectue un cycle en se déplaçant entre 13 / 15

14 4 réservoirs : les mers et océans, les eaux continentales, l atmosphère et la biosphère. - Le soleil apporte l énergie nécessaire à ses déplacements et ses changements d état. - Evaporation au niveau des océans - Evapotranspiration des animaux et des végétaux - Condensation lors de la formation des nuages - Solidification et fusion au niveau des glaciers 14 / 15

15 Connaissances rubrique ambiant Capacités (palier Savoir 2 Etats que du les Socle la et vapeur à trois changements acquérir commun états d eau dans est l eau connaissances) d état le imperceptible domaine (glace, de l eau de eau en la liquide, fin MATIERE cette à nos cycle sens vapeur) 3 une, Etre - quelles - Connaître Fusion/solidification Ebullition Evaporation/condensation température transformation que soient vocabulaire montrer mettre fixe, durée voisine évidence : et fusion/solidification, la puissance 100 C qu à qu au mélange l air cours que libre chauffage intime de la ébullition, et masse la dans vaporisation de glace des d eau évaporation/condensation et conditions et qu elle se d eau l eau conserve est à ne usuelles, 0 C présente disparaît au cours l eau dans pas. bout del air d évaporation Connaissances palier Connaître Prolongement Le trajet capable et les températures transformations déterminer : constituant expérimentalement des changement l eau objectifs dans du la d état nature les programmes facteurs de (cycle l eau qui de mais agissent l eau) pas dans exigibles sur la domaine vitesse pour ce à ation à l environnement et au développement durable» «Educ 15 / 15