Les changements d'état de la matière
Comprendre la fusion, la solidification, l'évaporation et la condensation.
Introduction
Un glaçon fond dans un verre, une flaque disparaît au soleil, de la buée apparaît sur une vitre froide. Dans chacun de ces cas, l’eau change d’état. Ces transformations obéissent à des règles précises, que l’on peut observer et mesurer en classe.
L'essentiel à retenir
Les changements d’état sont : la fusion (solide → liquide), la solidification (liquide → solide), la vaporisation (liquide → gaz), la liquéfaction (gaz → liquide).
Pour un corps pur comme l’eau, la température reste constante pendant tout le changement d’état : 0 °C pour la fusion de la glace, 100 °C pour l’ébullition sous pression normale.
Lors d’un changement d’état, la masse se conserve, mais le volume peut varier.
Explication
La vaporisation peut se faire de deux façons. L’évaporation est lente et se produit à la surface du liquide, à toute température : le linge sèche même en hiver. L’ébullition est rapide et se produit dans tout le liquide, avec formation de bulles, à une température précise : 100 °C pour l’eau au niveau de la mer.
On peut suivre la fusion de la glace en relevant la température toutes les minutes. On trace ensuite un graphique avec le temps en abscisse et la température en ordonnée. Pour de l’eau pure, la courbe présente un palier horizontal à 0 °C : tant qu’il reste de la glace, la température ne monte pas, même si l’on continue de chauffer. L’énergie apportée sert à faire fondre la glace. Ce palier permet de reconnaître un corps pur.
Pour un mélange, comme de l’eau salée, il n’y a pas de palier net : la température change pendant le changement d’état. C’est pour cela qu’on sale les routes en hiver : l’eau salée gèle à une température plus basse que l’eau pure.
Si l’on pèse un glaçon dans un récipient fermé avant et après sa fusion, la masse ne change pas : rien n’a disparu, la matière s’est simplement transformée. En revanche, le volume change. L’eau est une exception : elle occupe plus de place à l’état solide qu’à l’état liquide. C’est pourquoi une bouteille pleine d’eau placée au congélateur peut éclater, et pourquoi les glaçons flottent.
Le modèle particulaire explique ces changements : en chauffant, les particules s’agitent davantage et s’éloignent les unes des autres ; en refroidissant, elles ralentissent et se rapprochent.
Exemples
Fusion : la neige fond au printemps.
Solidification : l’eau de la carafe gèle au congélateur.
Évaporation : une flaque disparaît au soleil.
Liquéfaction : la buée se forme sur un miroir de salle de bains.
Une bouteille de 1 L d’eau, une fois congelée, occupe environ 1,09 L.
Méthode
1. J’identifie l’état de départ et l’état d’arrivée.
2. Je nomme le changement d’état correspondant.
3. Pour une expérience, je relève la température à intervalles réguliers.
4. Je trace la courbe et je cherche un palier.
5. Je conclus : corps pur (palier) ou mélange (pas de palier net).
Attention
La buée et les nuages ne sont pas de la vapeur d’eau ! La vapeur d’eau est un gaz invisible. Ce que l’on voit au-dessus d’une casserole, ce sont de minuscules gouttelettes d’eau liquide, formées par liquéfaction de la vapeur au contact de l’air plus froid.
Résumé de la notion
Les changements d’état sont la fusion, la solidification, la vaporisation et la liquéfaction. Pour un corps pur, la température reste constante pendant le changement d’état (palier). La masse se conserve, mais le volume varie : la glace occupe plus de place que l’eau liquide.
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