Cours Les états de la matière
Introduction :
Tout ce qui nous entoure est constitué de matière :
- les êtres vivants (plantes, animaux),
- les éléments naturels (eau, terre),
- les objets fabriqués par l’Homme (plastique, carton…).
La matière peut exister sous trois états physiques :
- solide,
- liquide,
- gazeux.
Dans ce cours :
- les trois états physiques sont étudiés à partir de l’exemple de l’eau,
- leurs propriétés sont observées,
- puis ces propriétés sont expliquées à l’échelle microscopique.
Les états physiques de l’eau
À retenir
- L’eau peut exister sous trois états physiques différents.
L’eau recouvre plus de 70 % de la surface de la Terre.
Elle peut se présenter sous trois états physiques :
- l’état solide,
- l’état liquide,
- l’état gazeux.
Définition
État physique :
Un état physique correspond à l’une des formes sous laquelle la matière peut exister.
On distingue trois états physiques : solide, liquide et gazeux.
L’eau à l’état solide
L’eau à l’état solide est présente dans la nature sous forme :
- de neige,
- de glace,
- de grêle.
L’eau à l’état liquide
Les nuages, la pluie, les lacs et les océans sont constitués d’eau à l’état liquide.
L’eau à l’état gazeux
Lorsque l’eau liquide est chauffée, elle peut passer à l’état gazeux.
On parle alors de vapeur d’eau.
La vapeur d’eau est aussi présente naturellement dans l’atmosphère.
À retenir
La vapeur d’eau est invisible à l’œil nu.
L’eau n’est pas la seule matière à exister sous trois états physiques.
Par exemple, le dioxyde de carbone :
• est rejeté à l’état gazeux par les poumons,
• peut exister à l’état solide (neige carbonique),
• et aussi à l’état liquide.
Exemple
À 20 °C (température ambiante) et sous la pression atmosphérique normale, l’eau est liquide.
Si la température devient négative, par exemple –4 °C, l’eau liquide se transforme en glace.
À retenir
L’état physique d’une matière dépend de deux paramètres : • la température, • la pression.
Propriétés des trois états physiques de la matière
Chaque état physique possède des propriétés différentes.
Ces propriétés peuvent être observées à l’aide d’expériences simples.
L’état solide
On place des glaçons dans un bécher.La forme des glaçons ne dépend pas de celle du récipient.
- L’eau à l’état solide possède une forme propre.
Il est possible de la saisir.
Mise en évidence de la forme propre des glaçons
L’état liquide
L’eau liquide épouse la forme du récipient.
Elle n’a pas de forme propre.
Mise en évidence de l’état liquide
La surface libre est la surface du liquide en contact avec l’air.
À retenir
La surface libre est toujours plane et horizontale quelle que soit l’inclinaison du récipient.
L’état gazeux
À retenir
Un corps à l’état gazeux :
- épouse la forme du récipient,
- peut occuper tout l’espace disponible.
On dit qu’il est expansible.
L’expérience suivante le montre :
un gaz coloré se diffuse dans un récipient plus grand et occupe un volume plus important.
L'expansion d'un gaz
On utilise un gaz coloré car la vapeur d’eau est invisible.
À retenir
Lorsqu’un gaz est enfermé dans une seringue et que l’on appuie sur le piston, son volume diminue.
Un gaz est donc compressible.
La compressibilité d’un gaz
À retenir
Un gaz est :
- compressible → son volume peut diminuer,
- expansible → son volume peut augmenter.
Interprétation à l’échelle microscopique
Question posée
Pourquoi :
- un gaz est-il compressible ?
- un solide garde-t-il toujours la même forme ?
À l’échelle microscopique, toute matière est constituée de molécules. Les molécules sont représentées par des ronds bleus dans le schéma suivant.
À l’état solide
Les molécules sont :
- très proches,
- quasiment immobiles.
À retenir
L’état solide est compact et ordonné.
À l’état liquide
Les molécules sont :
- proches,
- mais mobiles.
À retenir
L’état liquide est compact et désordonné.
À l’état gazeux
Les molécules sont :
- éloignées,
- très mobiles.
À retenir
L’état gazeux est dispersé et désordonné.
Conclusion :
Les propriétés des trois états physiques s’expliquent par :
- l’organisation des molécules,
- leur mobilité.
La température et la pression influencent cette organisation et expliquent les changements d’état.