Généralités Science et technologie Les transformations de la matière La matière qui nous entoure peut se transformer. Il existe deux types de changements de la matière : les changements physiques et les changements chimiques. Les changements physiques de la matière Les changements physiques ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière. Les propriétés de la matière sont les mêmes avant et après le changement. On est en présence d un changement physique lorsque : - La substance change de forme : elle a été broyée, pliée, coupée, déchirée, pulvérisée, laminée ou tréfilée par exemple. - La substance subit un changement d état physique : une vaporisation, une condensation liquide, une condensation solide, une sublimation, une fusion ou une solidification par exemple. - La substance est dissoute dans une autre substance ( dissolution ). - Plusieurs substances forment un alliage ( substance métallique obtenue par addition de métaux ou de non-métaux à un métal). A) La dissolution La dissolution est un procédé qui consiste à mettre un soluté dans un solvant dans le but de préparer une solution constituée d une seule phase (mélange homogène). Voici des exemples de dissolution : mettre des grains de café dans l eau, du sucre et du sel dans l eau ou ajouter du chocolat en poudre dans son verre de lait. Pour faciliter une dissolution, il peut être utile d agiter le mélange. Lorsque l on ajoute trop de soluté à dissoudre dans un solvant, il est possible qu une partie du soluté n arrive plus à se dissoudre. On dit alors de cette solution qu elle est saturée.
B) Les changements d états La matière peut exister sous trois formes qu on appelle états de la matière. Les trois états de la matière sont : l état gazeux, l état liquide et l état solide. Lorsque la matière change d état elle subit alors un changement d état. Le diagramme suivant présente le nom attribué à chacun des changements d états. Le passage d un état à un autre À l état solide les molécules et les atomes qui forment la matière ont de grandes forces d attraction entre eux. Au fur et à mesure que l on chauffe ces molécules et ces atomes, les mouvements de vibrations à l intérieur des molécules et des atomes s accentuent. Lorsque le solide devient sous forme liquide, c est que ses molécules ou ses atomes ont acquis assez d énergie pour se libérer des forces d attraction qui les retenaient sous forme solide. À l état liquide, les molécules et les atomes sont plus distancés les uns des autres qu à l état solide. Les molécules et les atomes peuvent maintenant un peu plus bouger. Pour passer de l état liquide à l état gazeux, ces mêmes molécules et atomes doivent acquérir l énergie nécessaire pour se libérer complètement des forces d attraction.
La fusion est le passage de l état solide à l état liquide. La fonte des neiges en est un exemple. La solidification est le passage de l état liquide à l état solide. Pour fabriquer des lingots d or, on fond l or et on verse cet or sous forme liquide dans les moules. Lorsque l or s est solidifié, on retire le moule. La sublimation est le passage de l état solide à l état gazeux. Une fois l hiver terminé, la disparition des boules à mites installées dans les tiroirs d un chalet d été sont un exemple de sublimation. La condensation solide est le passage de l état gazeux à l état solide. Le givre sur les fenêtres en hiver est un exemple de condensation solide. On a besoin d un support solide, une poussière, un noyau, pour rendre la condensation liquide et la condensation solide possibles. Plusieurs phénomènes de l atmosphère s expliquent par la condensation : les nuages, le brouillard, la brume, la rosée ou le gel. Le passage de l état liquide à l état gazeux peut porter plusieurs noms soit : la vaporisation, l évaporation ou l ébullition. Si on laisse un verre d eau sur le comptoir quelques jours, la quantité d eau diminuera car une partie de cette eau se sera évaporée. Lorsqu une vaporisation se produit lentement, on parle d évaporation. Lorsque ce changement d état se produit rapidement, il s agit alors d une ébullition. L eau que l on fait bouillir sur la cuisinière est un exemple de vaporisation rapide (ébullition). Les facteurs qui influencent l évaporation sont une température élevée, une faible pression atmosphérique, un faible degré d humidité, des vents forts et une grande surface d évaporation.
Les changements chimiques de la matière Les changements chimiques modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière. On dit qu une substance pure a subit un changement chimique si elle s est transformée en une ou plusieurs substances pures nouvelles (qui n ont pas les mêmes propriétés que la substance de départ). Les propriétés caractéristiques des substances disparaissent et les produits formés ont de nouvelles propriétés. Voici quelques exemples de changements chimiques : - La photosynthèse (transformation ou synthèse) - Décomposition (digestion) L oxydation: ex. La formation de la rouille A) La synthèse (ex. la photosynthèse) est un processus de transformation d énergie solaire en énergie chimique. Il s effectue principalement grâce à la chlorophylle, un pigment contenu dans la plante. C est la chlorophylle qui donne la coloration verte aux végétaux. La chlorophylle participe à la transformation de l énergie solaire en nutriments chimiques utiles au développement de la plante. Les éléments nécessaires à la transformation chimique sont ceux qui participent à la réaction chimique suivante: Dans cette réaction de synthèse, on appelle réactants l eau (H 2 O), les sels minéraux et le dioxyde de carbone (CO 2 ) puisque ce sont eux qui réagissent ensemble pour former de nouvelles substances, et ce, dans des conditions particulières (soit la présence de lumière et sous l effet de la chlorophylle). Le mélange d eau et de sels minéraux est appelé sève brute. Le dioxygène (O 2 ) et le sucre (C 6 H 12 O 6 ) sont quant à eux appelés les produits de la réaction. Le dioxygène sera libéré dans l air et contribuera à la survie des vivants. En se mélangeant à l eau contenue dans les tissus de la plante, le sucre, quant à lui, sera distribué et constituera la sève élaborée.
B) La décomposition est une transformation chimique qui réduit les molécules complexes en molécules simples. Exemple: Les enzymes transforment les aliments en nutriments, c est-à-dire en substances plus simples que l organisme utilise pour fonctionner. C) L oxydation : C est la réaction d une molécule avec un ou plusieurs atomes d oxygène. Par exemple, la rouille est le résultat de l oxydation du fer. Les indices pour reconnaître un changement chimique. Il y a cinq indices qui peuvent nous aider à reconnaître la présence d un changement chimique. 1. La formation d un gaz (ou l odeur dégagée par ce gaz). Lorsqu on mélange de l eau avec une pastille d Alka-Seltzer, on assiste à un fort dégagement de gaz. Les bulles de gaz sont bien visibles. L effervescence ne trompe pas, il y a une nouvelle substance gazeuse qui vient d être créée. 2. La formation d un précipité Lorsqu on mélange une solution aqueuse d iodure de potassium (KI) avec une solution aqueuse de dinitrate de plomb (Pb(NO 3 ) 2 ), il y a un dépôt jaune solide de diiodure de plomb (PbI 2 ) qui apparaît. Le précipité est une nouvelle substance qui n avait pas les mêmes propriétés que les substances initiales. 3. Un changement de couleur (et non pas un changement de teinte) La poudre de cuivre, initialement orange, devient noire lors d un chauffage. La substance après le chauffage est un oxyde de cuivre qui n a pas les mêmes propriétés que la poudre de cuivre initiale. Attention : Un changement de teinte n est pas un indice de changement chimique. Si un liquide a une couleur bleu foncé au départ et qu après une modification quelconque, il devient bleu pâle, nous n avons pas nécessairement créé une nouvelle substance. L ajout d une quantité d eau a peut-être tout simplement dilué le liquide pour lui donner une teinte plus pâle. La dilution n entraîne pas de changement chimique. 4. La production de chaleur Lorsqu on fait brûler une bûche de bois, celle-ci dégage beaucoup de chaleur. Nous sommes en présence d un changement chimique.
5. La production de lumière vive Lorsqu on fait chauffer un ruban de magnésium, il s en dégage une lumière très vive. Le ruban de magnésium n a pas du tout le même aspect après la combustion. C est un autre exemple de changement chimique. Attention : Chacun des indices précédents suffit pour détecter la formation d une nouvelle substance. Si l un des indices énoncés ci-haut se manifeste, nous sommes en présence d un changement chimique de façon certaine. Si aucun de ces indices ne se manifeste, on ne peut pas certifier qu il y a eu ou qu il n y a pas eu de changement chimique. Si par exemple un solide blanc, après avoir été chauffé, reste blanc et qu il ne se produit pas de changement de couleur, cela ne signifie pas qu il n y a pas eu formation d une nouvelle substance. Le solide blanc s est peut-être transformé en un autre solide blanc qui n a pas le même point de fusion ou la même solubilité que le premier solide blanc.