Le cours
1. Les trois états de la matière
La matière existe sous trois états physiques : solide, liquide et gazeux. Un solide a une forme propre et un volume fixe (comme un glaçon). Un liquide a un volume fixe mais prend la forme de son récipient (comme l'eau dans un verre). Un gaz n'a ni forme ni volume propres : il occupe tout l'espace disponible (comme la vapeur d'eau).
L'eau est l'exemple parfait, car on la connaît sous ses trois états : la glace (solide), l'eau liquide, et la vapeur (gaz). C'est la même matière (des molécules d'eau) dans les trois cas.
Ce qui change, c'est l'organisation des molécules : bien rangées et serrées dans le solide, plus libres dans le liquide, très dispersées et agitées dans le gaz.
L'eau : glace (solide), eau liquide, vapeur (gaz) — un même corps, trois états.
2. Les changements d'état
On passe d'un état à un autre par des changements d'état, qui portent chacun un nom précis : — la fusion : solide → liquide (la glace qui fond) ; — la solidification : liquide → solide (l'eau qui gèle) ; — la vaporisation : liquide → gaz (l'eau qui bout ou s'évapore) ; — la liquéfaction (ou condensation) : gaz → liquide (la vapeur qui se dépose en gouttelettes sur une vitre froide).
Ces transformations sont réversibles : on peut passer dans un sens puis dans l'autre. Elles sont provoquées par un changement de température : on chauffe pour aller vers le gaz, on refroidit pour aller vers le solide. La buée sur un miroir ou la rosée du matin sont des exemples de liquéfaction du quotidien.
La fusion de la glace donne de l'eau ; la solidification de l'eau donne de la glace.
3. Les températures de changement d'état
Un corps pur change d'état à une température fixe et bien précise, toujours la même dans les mêmes conditions. Pour l'eau (sous la pression atmosphérique normale), la glace fond à 0 °C et l'eau bout à 100 °C.
Fait remarquable : pendant toute la durée d'un changement d'état, la température reste constante, même si l'on continue de chauffer. Par exemple, un mélange d'eau et de glace reste à 0 °C tant qu'il reste de la glace à fondre : l'énergie apportée sert à faire fondre la glace, pas à élever la température.
Cette propriété est utile : elle permet notamment d'identifier un corps pur (chaque substance a ses propres températures de changement d'état) et explique pourquoi les glaçons maintiennent une boisson à basse température.
L'eau fond à 0 °C et bout à 100 °C (sous pression normale).
4. La conservation de la masse
Lors d'un changement d'état, la masse se conserve : elle ne change pas. Par exemple, si l'on fait fondre 100 g de glace, on obtient exactement 100 g d'eau liquide. La quantité de matière reste la même ; seule son organisation change.
En revanche, le volume, lui, peut varier. Cas particulier et surprenant : l'eau est l'une des rares substances qui augmente de volume en gelant. C'est pourquoi une bouteille d'eau pleine peut éclater au congélateur, et pourquoi la glace flotte sur l'eau (elle est moins dense).
Retenir la distinction est essentiel : au cours d'un changement d'état, la masse est conservée, mais le volume (et donc la masse volumique) peut changer.
100 g de glace donnent 100 g d'eau liquide : la masse se conserve.
Pour approfondir ce chapitrefacultatif
Définitions clés
- État solide / liquide / gazeux
- Trois états de la matière : solide (forme propre, volume fixe), liquide (prend la forme du récipient, volume fixe), gazeux (pas de forme ni de volume propres).
- Fusion / Solidification
- Fusion : solide → liquide (glace fondant) ; solidification : liquide → solide (eau gelant).
- Vaporisation / Liquéfaction
- Vaporisation : liquide → gaz (eau qui bout) ; liquéfaction : gaz → liquide (buée sur un miroir).
- Température de fusion
- La température fixe à laquelle un corps pur passe de l'état solide à l'état liquide (0 °C pour l'eau pure).
Explications détaillées
Un palier de température constant
Quand on chauffe un corps pur (eau, fer…), la température monte… puis s'arrête le temps du changement d'état, malgré l'apport de chaleur. C'est le « palier » : toute l'énergie sert à changer d'état, pas à chauffer.
Cette constance est utilisée en science pour identifier les corps purs : la glace fond toujours à 0 °C, l'eau bout à 100 °C (sous pression atmosphérique normale).
La conservation de la masse
Lors d'un changement d'état, la matière change d'apparence mais pas de masse : 100 g de glace donnent exactement 100 g d'eau liquide. La matière ne se crée ni ne se détruit : elle se transforme.
Méthode pas à pas
Lire une courbe de changement d'état
- L'axe horizontal représente le temps ; l'axe vertical, la température.
- Repérer les segments où la température monte : la matière se réchauffe.
- Repérer les paliers horizontaux : c'est le changement d'état (T constante).
- Lire la température du palier pour identifier la température de fusion ou d'ébullition.
Exemple corrigé pas à pas
Lire un palier sur un graphique
Un graphique montre la température d'une substance qui passe de −10 °C à 20 °C. Entre 0 °C et quelques minutes, la courbe est horizontale. Interpréter.
- Avant le palier : la glace se réchauffe (solide).
- Le palier à 0 °C : la glace fond (changement d'état solide → liquide).
- Après le palier : l'eau liquide se réchauffe.
- La température de fusion de ce corps est 0 °C → c'est de l'eau pure.
Erreurs fréquentes à éviter
- Croire que pendant un palier, il ne se passe rien.L'énergie reçue est entièrement utilisée pour le changement d'état : la matière se transforme, même si T ne bouge pas.
- Penser que la glace pèse moins que l'eau.La masse est conservée lors d'un changement d'état : 100 g de glace = 100 g d'eau liquide.
- Confondre fusion (solide → liquide) et vaporisation (liquide → gaz).La fusion produit un liquide à partir d'un solide ; la vaporisation produit un gaz à partir d'un liquide.
Pour aller plus loin
L'eau, une exception remarquable
L'eau est l'un des rares liquides qui se dilate en gelant : la glace est donc moins dense que l'eau liquide et flotte. Sans cette propriété, les lacs gèleraient de bas en haut, tuant toute vie aquatique en hiver. Cette « anomalie » de l'eau est une condition majeure du développement de la vie sur Terre.
Ce qu'il faut absolument retenir
Ce qu'il faut absolument retenir
- Trois états de la matière : solide (forme propre), liquide (forme du récipient), gazeux (occupe tout l'espace).
- Changements d'état : fusion (solide→liquide), solidification (liquide→solide), vaporisation (liquide→gaz), liquéfaction (gaz→liquide).
- Chaque corps pur change d'état à température fixe ; l'eau fond à 0 °C et bout à 100 °C (pression normale).
- Pendant un changement d'état, la température reste constante.
- Lors d'un changement d'état, la masse se conserve (le volume, lui, peut changer).
Vérifie ta compréhension
Exercice 1Comment appelle-t-on le passage de l'état solide à l'état liquide ?
Le passage solide → liquide est la fusion (la glace fond).
Exercice 2À quelle température l'eau bout-elle (sous pression normale) ?
Sous pression normale, l'eau bout à 100 °C (et la glace fond à 0 °C).
Exercice 3Quel état de la matière occupe tout l'espace disponible ?
L'état gazeux occupe tout l'espace disponible ; le solide a une forme propre, le liquide prend celle du récipient.
Exercice 4Quand 100 g de glace fondent, on obtient 100 g d'eau liquide.
Vrai : la masse se conserve lors d'un changement d'état (même si le volume peut changer).
Exercice 5Cite les trois états de l'eau et le nom du changement d'état qui transforme la glace en eau liquide.
Les trois états : solide (glace), liquide (eau), gazeux (vapeur). La glace devient eau liquide par fusion.
L'essentiel en images
