Chapitre2 : LES CHANGEMENTS D ETAT Objectifs : Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d état. L apport d énergie pendant le palier de température sert à réaliser le changement d état, ici la vaporisation par ébullition de l eau. Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d état. Compétences travaillées : S approprier les outils et des méthodes Faire un lien entre la mesure réalisée, l unité de mesure et l outils Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale Mobiliser des outils numériques Utiliser des outils numériques pour traiter des données Utiliser des outils numériques pour simuler des phénomènes La matière existe sous trois états : solide, liquide et gazeux. Problème : Comment passer d un état à un autre? Investigation : I- PASSAGE DE L ETAT A LIQUIDE L ETAT SOLIDE : la solidification de l eau Protocole : versons dans un tube à essai environ 3 ml d eau distillée ( pure) puis plaçons ce tube dans un bécher contenant un mélange réfrigérant. Ajoutons un thermomètre puis relevons la température de l eau à différents instants. Doc1 : Montage pour mesurer l'évolution de la température en fonction du temps au cours de la solidification de l eau pure Simulation Consigne : 1- Ouvrir le programme swf Opner 2- Choisir ouvrir 3- Aller dans le dossier fichiers swf 4- Choisir le fichier «solidification_eau pure» 5- Mettre le tube à essai contenant de l eau pure dans le bécher contenant le mélange réfrigérant 6- Mettre le thermomètre dans le tube à essai pour relever la température 7- Cliquer sur le bouton rouge pour commencer l enregistrement 8- Rester vigilant : cliquer sur le bouton rouge à chaque minute pour compléter la température dans le tableau suivant.
temps t (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Température T ( C) Etat de l eau (Sol ou Liq) Graphique : traçons la courbe de la température T de l eau (en ordonnée) en fonction du temps t (en abscisse). Echelles choisies : Abscisses : 1 cm représente min Ordonnées : 1 cm représente.. C Compléter : Observations : lorsque la température diminue, l eau passe de l état. à l état... Lors de la solidification, la température reste (à peu près)... On observe alors un.... sur le graphique Conclusion : sous la pression atmosphérique normale l eau pure gèle à la température de C et la glace fond à la.. température de C. II- PASSAGE DE L ETAT SOLIDE A L ETAT LIQUIDE DE L EAU : LA FUSION Protocole 1 : versons de la glace pilée dans un tube à essai puis plaçons ce tube dans un bécher rempli d eau chaude Ajoutons un thermomètre puis relevons la température de l eau à différents instants Consigne : 1- Ouvrir le programme swf Opner
2- Choisir ouvrir 3- Aller dans le dossier fichiers swf 4- Choisir le fichier «fusionglace» 5- Mettre le tube à essai contenant du glaçon dans le bécher contenant l eau 6- Mettre le thermomètre dans le tube à essai pour relever la température 7- Cliquer sur le bouton rouge pour commencer l enregistrement 8- Rester vigilant : cliquer sur le bouton rouge à chaque minute pour compléter la température dans le tableau suivant. Mesures : temps t (min) Température T ( C) Etat de l eau (Sol ou Liq) glace eau chaude temps t (min) Température T ( C) Etat de l eau (Sol ou Liq) Graphique : traçons la courbe de la température T de l eau (en ordonnée) en fonction du temps t (en abscisse). Echelles choisies : Abscisses : 1 cm représente min Ordonnées : 1 cm représente.. C Bilan Observations : lorsque la température augmente, l eau passe de l état. à l état... : l eau absorbe de l énergie. Lors de la fusion, la température reste (à peu près)... C. On observe alors un.... sur le graphique. Pendant la solidification et la fusion, la température de l eau pure ne varie pas : elle reste constante égale à 0 C Lors de la solidification d un corps pur, il y a perte d énergie. Pendant la fusion, il a gain d énergie. Contrairement au corps purs, on n observe pas de palier sur la courbe représentant, l évolution de la température en fonction du temps lors des deux changements d états dans le cas des mélanges.
III- D'autres changements d'états 1- Solidification de l'eau salée : 1- Existe-t-il un palier de température? 2- S'agit-il de la solidification d'un corps pur? 2- Solidification d'un autre corps pur : le cyclohexane 1- Constates-tu l'existence d'un palier? Si oui, à quelle température? ---- ---- --- ---- ---- -- 2- S'agit-il d'un corps pur? ---- ---- --- ---- ----
3-Vaporisation de l'eau pure à pression atmosphérique normale : 1- Constates-tu l'existence d'un palier de température, si oui, à quelle température? --------- 2- Quelle est la température d'ébullition de l'eau sous pression normale? --------- 4- Vaporisation de l'eau salée : 1- Constates-tu l'existence d'un palier de température, si oui, à quelle température? 2- Pourquoi?
IV- COMPORTEMENT DE LA MASSE ET DU VOLUME LORS D UN CHANGEMENT D ETAT Les corps purs peuvent se solidifier, se liquéfier, se vaporiser etc., selon la température et la pression. Problème : Que peut-on dire de leur masse et de leur volume lors de ces changements d'états? A- Conservation de la masse Expérience On réalise la fusion d'un glaçon avec mesure de la masse avant et après le changement d'état. Observations Doc. 1. Conservation de la masse de l'eau après changement d'état. On constate que la masse ne varie pas Interprétation Dans un corps pur, il y a dans une quantité de matière donnée due à un certain nombre de molécules identiques. Les molécules d'eau qui sont dans les glaçons au avant la fusion, se retrouvent toutes dans l'eau liquide à l'arrivée : on dit qu il y a conservation de masse. Conclusion Lors d un changement d état, la masse se conserve B- Variation du volume lors d un changement d état Expérience Mesurons précisément 100 ml dans une éprouvette et plaçons cette éprouvette au congélateur. Observation : On constate que le volume a augmenté. Vg =112 ml. Par contre, si on laisse fondre cette glace, on retrouve les 100 ml du départ.
Doc. 2. Variation du volume lors d'un changement d'état. Conclusion : Le volume d'eau augmente au cours de la solidification (et il augmente encore plus lors de la vaporisation!) et diminue au cours de la fusion. Bilan Lors du changement d'état, il y a conservation de la masse alors que le volume varie. Exercice page 16 et 17 du livre Tâche complexe page 40 et 41