Changements d'état - Constitution et Transformation de la Matière

• Les particules sont très proches les unes des autres

• Elles sont fortement liées entre elles

• Elles vibrent autour de positions fixes

• Le solide a une forme propre et un volume constant

• Exemples : glace, métal, sucre

• Les particules sont proches mais peuvent se déplacer

• Elles sont liées mais moins fortement que dans l'état solide

• Elles coulent les unes par rapport aux autres

• Le liquide prend la forme du récipient mais conserve un volume constant

• Exemples : eau, huile, alcool

• Les particules sont très éloignées les unes des autres

• Elles sont très peu liées entre elles

• Elles se déplacent librement et rapidement

• Le gaz prend la forme du récipient et occupe tout le volume disponible

• Exemples : air, vapeur d'eau, dioxygène

Passage de l'état solide à l'état liquide

Exemple : glace qui fond → eau

Température de fusion de l'eau : 0°C

Passage de l'état liquide à l'état solide

Exemple : eau qui gèle → glace

Température de solidification de l'eau : 0°C

Passage de l'état liquide à l'état gazeux

Exemple : eau qui bout → vapeur d'eau

Température d'ébullition de l'eau : 100°C

Passage de l'état gazeux à l'état liquide

Exemple : vapeur d'eau qui se refroidit → eau

Température de condensation de l'eau : 100°C

Passage direct de l'état solide à l'état gazeux

Exemple : naphtalène (boule de phénol) qui se sublime

Passage direct de l'état gazeux à l'état solide

Exemple : formation de givre

Chaque corps pur a des températures de changement d'état caractéristiques :

• Température de fusion (solide → liquide)
• Température d'ébullition (liquide → gaz)

Ces températures sont constantes pendant le changement d'état.

Sur un diagramme de chauffage :

• Phases ascendantes : la température augmente (état solide, liquide ou gazeux)
• Paliers horizontaux : la température reste constante pendant le changement d'état

Le palier correspond à la température de fusion ou d'ébullition.

Chauffage de la glace (-10°C) jusqu'à la vapeur (120°C) :

• De -10°C à 0°C : la glace chauffe (état solide)
• À 0°C : palier de fusion (glace → eau)
• De 0°C à 100°C : l'eau chauffe (état liquide)
• À 100°C : palier d'ébullition (eau → vapeur)
• De 100°C à 120°C : la vapeur chauffe (état gazeux)

Ces changements absorbent de l'énergie thermique :

• Fusion : solide → liquide
• Vaporisation : liquide → gaz
• Sublimation : solide → gaz

Exemple : la glace fond en absorbant de la chaleur.

Ces changements libèrent de l'énergie thermique :

• Condensation : gaz → liquide
• Solidification : liquide → solide
• Déposition : gaz → solide

Exemple : la vapeur d'eau se condense en libérant de la chaleur.

• Réfrigération : utilisation de la vaporisation pour absorber la chaleur
• Chauffage central : utilisation de la condensation de la vapeur
• Séchage : vaporisation de l'eau
• Conservation des aliments : solidification pour maintenir le froid

• La glace est chauffée de -10°C à 0°C

• La température augmente progressivement

• Les molécules d'eau vibrent de plus en plus

• La glace fond à 0°C

• La température reste constante pendant la fusion

• L'énergie fournie sert à rompre les liaisons entre les molécules

• L'eau est chauffée de 0°C à 100°C

• La température augmente progressivement

• Les molécules d'eau se déplacent de plus en plus vite

• L'eau bout à 100°C

• La température reste constante pendant l'ébullition

• L'énergie fournie sert à libérer les molécules de l'eau

• La vapeur est chauffée au-dessus de 100°C

• La température augmente progressivement

• Les molécules d'eau se déplacent de plus en plus rapidement

À 327°C, le plomb solide se transforme en plomb liquide. C'est le phénomène de fusion.

La température de fusion du plomb est de 327°C.

Pendant que la température reste constante, le plomb solide se transforme progressivement en plomb liquide. Toute l'énergie fournie sert à rompre les liaisons entre les particules du solide.

• De -20°C à 0°C : le corps est à l'état solide

• De 0°C à 10°C : fusion (solide → liquide)

• De 10°C à 100°C : le corps est à l'état liquide

• De 100°C à 110°C : vaporisation (liquide → gaz)

• De 110°C à 120°C : le corps est à l'état gazeux

• Température de fusion : 0°C

• Température d'ébullition : 100°C

À 5°C, le corps X est en train de fondre, donc il est à l'état liquide (car la fusion commence à 0°C et se termine à 10°C).

• Cuisson : ébullition de l'eau pour cuire les aliments

• Refroidissement : solidification des aliments dans le congélateur

• Séchage : vaporisation de l'eau lors de la cuisson

• Réfrigérateurs : vaporisation d'un fluide frigorigène pour absorber la chaleur

• Pompes à chaleur : condensation d'un gaz pour libérer de la chaleur

• Chauffe-eau solaire : évaporation et condensation de fluides

• Cycle de l'eau : évaporation → condensation → précipitations

• Formation de givre : sublimation inverse de la vapeur d'eau

• Brume matinale : condensation de la vapeur d'eau

• Distillation : séparation de mélanges par changements d'état

• Lyophilisation : séchage par sublimation

• Refroidissement des réacteurs : utilisation de l'évaporation

Pendant un changement d'état, la température reste constante même si l'on continue à chauffer. L'énergie fournie sert à rompre les liaisons entre les particules, pas à augmenter leur agitation.

Un changement d'état est une transformation physique : la nature de la matière ne change pas. Ce n'est pas une réaction chimique.

Les températures de changement d'état sont constantes pour un corps pur à une pression donnée. Elles ne varient pas pendant le changement d'état.

• Identifier clairement le type de changement d'état
• Se rappeler que la température reste constante pendant le changement
• Comprendre que c'est une transformation physique, pas chimique
• Connaitre les températures de changement d'état des substances courantes

• Solide : forme propre, volume constant
• Liquide : forme variable, volume constant
• Gaz : forme variable, volume variable

• Fusion : solide → liquide
• Solidification : liquide → solide
• Vaporisation : liquide → gaz
• Condensation : gaz → liquide
• Sublimation : solide → gaz
• Déposition : gaz → solide

• Températures de changement d'état constantes pour un corps pur
• Température constante pendant le changement d'état
• Échanges d'énergie thermique (absorption ou libération)
• Transformation physique (pas chimique)

• Reconnaître les changements d'état dans les diagrammes
• Identifier les températures caractéristiques
• Comprendre les échanges d'énergie
• Différencier changements physiques et chimiques