La matière — États et changements d'état

Utiliser ses connaissances

Pour les situations a et b, nomme le changement d’état et justifie en donnant l’état de départ et l’état d’arrivée ; puis réponds aux questions c et d.

1. 1.Pendant une nuit d’hiver, l’eau d’une flaque gèle.

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   Une solidification : au départ liquide, à l’arrivée solide.

   Le départ est liquide, l’arrivée est solide : c’est la solidification, le changement inverse de la fusion.

2. 2.Par temps sec et froid, la neige disparaît peu à peu sans jamais laisser de flaque.

   1.5 pt
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   Une sublimation : la neige passe directement de l’état solide à l’état gazeux. L’absence de flaque montre qu’elle n’est pas passée par l’état liquide.

   Si la neige avait fondu, on verrait de l’eau au sol : sans flaque, le passage est direct, du solide au gaz. 1 point pour le nom et les états, 0,5 pour l’indice.

3. 3.Une fois la flaque gelée, compare la glace obtenue à l’eau d’avant : même masse ? même place occupée ?

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   Même masse, car ce sont les mêmes molécules en même nombre ; mais la glace occupe plus de place : l’eau augmente de volume en gelant.

   La masse se conserve au cours d’un changement d’état ; le volume, lui, change, et l’eau fait exception en gonflant quand elle devient solide.

4. 4.Dans la situation b, qu’aurait-on observé au sol si la neige avait fondu ? Nomme ce changement.

   0.5 pt
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   Une flaque d’eau liquide : la neige aurait subi une fusion.

   La fusion fait passer de l’état solide à l’état liquide : elle laisse forcément de l’eau liquide au sol.

Exploiter une courbe

Observe le document 1, puis réponds aux questions. Les questions a à e portent sur l’échantillon A.

1. 1.Sur la courbe A, repère la portion horizontale : entre quels instants se situe-t-elle, et à quelle température ?

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   Entre 4 min et 10 min, à 55 °C.

   La courbe A est horizontale de t = 4 min à t = 10 min ; la température du palier se lit sur l’axe vertical : 55 °C. 0,5 pour les instants, 0,5 pour la température.

2. 2.Calcule la durée de ce palier.

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   $10-4=6$ : le palier dure 6 minutes.

   La durée est la différence entre l’instant de fin et l’instant de début du palier : $10-4=6$.

3. 3.Quel changement d’état se produit pendant ce palier ? Justifie à l’aide du sens de variation de la température.

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   Une solidification : la température baisse avant le palier, on refroidit donc un liquide, qui devient solide.

   Une température qui descend avant le palier correspond à une liquéfaction ou à une solidification ; ici l’échantillon est liquide au départ, il se solidifie.

4. 4.Dans quel état se trouve l’échantillon A à t = 2 min, à t = 7 min et à t = 14 min ?

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   À 2 min, l’échantillon est encore liquide ; à 7 min, les deux états coexistent ; à 14 min, il est entièrement solidifié.

   Avant le palier, le corps est entièrement liquide ; pendant le palier, les deux états coexistent ; après, la température baisse de nouveau parce que tout est solide. 0,5 point par instant.

5. 5.L’échantillon A est-il de l’eau ? Justifie.

   0.5 pt
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   Non : l’eau pure se solidifie à 0 °C sous la pression normale, et non à 55 °C.

   La température d’un palier est un repère d’identification : celle de l’eau pure est 0 °C, pas 55 °C.

6. 6.Compare les deux tracés : lequel des échantillons n’est pas un corps pur ? Appuie ta réponse sur sa forme.

   1 pt
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   L’échantillon B : sa courbe descend sans jamais devenir horizontale, elle ne présente aucun palier net.

   Un corps pur change d’état à température constante, d’où un palier net ; une courbe qui ne marque pas de palier net est celle d’un mélange.

7. 7.Pendant le palier, l’échantillon A continue de refroidir, et pourtant sa température ne baisse pas. Que devient alors le rangement de ses particules ?

   0.5 pt
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   De désordonnées, elles deviennent ordonnées : pendant le palier, elles se rangent peu à peu à mesure que le liquide devient solide.

   Le changement d’état est une réorganisation des particules : tant qu’elle n’est pas terminée, la température reste celle du palier.

Calculer et interpréter

Lis le document 2, puis réponds en détaillant tes calculs.

1. 1.Après la journée au soleil (ligne 3), quelle masse la balance affiche-t-elle ? Justifie.

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   Toujours 165 g : le flacon est fermé, la vapeur d’eau reste à l’intérieur, et la masse se conserve au cours de l’évaporation.

   Les molécules d’eau passées à l’état gazeux n’ont pas quitté le flacon : ce sont les mêmes, en même nombre, donc la masse affichée ne change pas.

2. 2.Calcule la masse d’eau versée au départ dans le flacon.

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   $165-120=45$ : on avait versé 45 g d’eau.

   Le flacon avec son eau pèse 165 g et le flacon vide, avec son bouchon, 120 g : la différence est la masse de l’eau.

3. 3.Un élève conclut : « l’évaporation a fait disparaître 45 g de matière ». Montre qu’il se trompe.

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   Les 45 g d’eau n’ont pas disparu : devenues vapeur, les molécules se sont dispersées dans l’air de la pièce. Elles ont quitté le flacon ouvert, mais la matière existe toujours.

   La balance ne pèse que ce qui se trouve dans le flacon : la masse qui manque en est sortie, elle n’a pas été détruite.

4. 4.Sous forme de vapeur, ces 45 g d’eau occupent-ils le même volume que sous forme liquide ? Justifie avec le modèle particulaire.

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   Non, un volume bien plus grand : dans un gaz, les particules sont très éloignées les unes des autres et occupent tout l’espace disponible. La masse, elle, reste de 45 g.

   Le volume dépend de l’espacement des particules, la masse de leur nombre : à l’état gazeux, l’espacement augmente, pas le nombre.

Écrire pour expliquer

Rédige un paragraphe de huit à dix lignes qui répond à la question : « Comment le modèle particulaire explique-t-il qu’un solide garde sa forme, qu’un liquide prenne celle de son récipient et qu’un gaz puisse être comprimé ? »

1. 1.Je relie la forme propre du solide à des particules qui gardent leur place.

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   Chaque particule d’un solide occupe une place fixe dans un rangement régulier : l’ensemble ne peut pas changer de forme de lui-même.

   C’est parce que chaque particule reste à sa place que le solide ne s’écoule pas.

2. 2.J’explique pourquoi le liquide garde son encombrement tout en s’écoulant.

   1.5 pt
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   Restées au contact, ses particules gardent ensemble le même encombrement ; sans ordre, elles glissent les unes sur les autres, d’où l’écoulement.

   Le volume propre vient du contact entre particules ; l’absence de forme propre vient de leur désordre.

3. 3.J’explique pourquoi un gaz se laisse comprimer et remplit tout l’espace.

   1.5 pt
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   Ses particules, très éloignées, laissent du vide que la compression réduit ; rapides et dispersées dans toutes les directions, elles remplissent tout le récipient.

   La compressibilité vient de l’espace entre les particules ; l’occupation de tout l’espace vient de leur mouvement.

4. 4.J’emploie le vocabulaire du modèle : particules, arrangement, ordonné, désordonné.

   0.5 pt
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   Les quatre mots apparaissent, employés à bon escient.

   Le vocabulaire du cours rend l’explication précise : « ordonné » ou « désordonné » dit plus que « rangé n’importe comment ».

5. 5.J’emploie au moins deux connecteurs de cause ou de conséquence.

   0.5 pt
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   Par exemple : parce que, donc, c’est pourquoi, si bien que.

   Le connecteur rend visible le raisonnement : il dit quelle disposition entraîne quelle propriété.

6. 6.Ma réponse forme un paragraphe : une phrase d’annonce, trois explications, une phrase de conclusion.

   1 pt
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   Ouverture possible : « Le modèle particulaire explique ces propriétés par… » ; conclusion qui répond à la question.

   Un paragraphe se lit d’un seul tenant : il commence par répondre et finit par conclure.