Fiche à trous · 5ème · Physique-Chimie

La matière — États et changements d'état

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Un glaçon fond dans un verre. Le verre pèse exactement la même chose avant et après : rien n'est parti, rien n'est arrivé. Pourtant l'eau a changé de forme, de volume et d'apparence. Ce chapitre explique ce paradoxe apparent — comment une même matière peut tout changer sauf sa masse.

Les trois états et le modèle particulaire

Définition — Les trois états :

Définition — Modèle particulaire :

Piège

Croire qu'en fondant, les particules de glace « deviennent » des particules d'eau liquide.

Se dire : dans un changement d'état, les particules ne changent pas — seul leur rangement change.

Nommer les six changements d'état

Règle

La vaporisation prend deux formes qu'il faut distinguer. L'évaporation se produit à la surface, à toute température — c'est le linge qui sèche. L'ébullition se produit dans tout le volume, à une température fixe, avec formation de bulles. Ce sont deux régimes du même changement d'état, pas deux changements différents.

Piège

Appeler « évaporation » la buée qui se dépose sur une vitre froide.

Nommer l'état de départ puis l'état d'arrivée, dans cet ordre, avant de choisir le mot.

Le palier de température

Règle

Propriété

Exemple

On chauffe de la glace à −20 °C jusqu'à 120 °C, en relevant la température toutes les minutes. Décrire la courbe obtenue.

Résultat :

Lire une courbe de chauffage et identifier un corps

La masse se conserve, le volume non

Règle

L'eau fait exception au comportement habituel : en gelant, elle augmente de volume, alors que la plupart des corps se contractent en se solidifiant. C'est pourquoi une bouteille pleine oubliée au congélateur éclate, et pourquoi la glace flotte. La masse, elle, n'a pas bougé d'un gramme.

Piège

Écrire qu'un glaçon de 50 g donne « moins d'eau » en fondant parce que le volume diminue.

Poser la question en grammes, pas en centimètres cubes : combien de particules, et non quelle place.

Ai-je décrit chaque état par forme et volume propres, ou non ?
Ai-je expliqué les trois états par l'arrangement des particules ?
Ai-je nommé le changement d'état en donnant le sens : de quel état vers quel état ?
Ai-je distingué évaporation (surface, toute température) et ébullition (volume, température fixe) ?
Ai-je écrit que la température reste constante pendant un palier ?
Ai-je affirmé la conservation de masse sans l'étendre au volume ?

Corrigé · à détacher

La matière — États et changements d'état

1. Un corps se présente dans trois états physiques. Solide : forme propre, volume propre — il ne s'écoule pas. Liquide : volume propre mais pas de forme propre — il épouse le récipient et sa surface libre reste horizontale. Gaz : ni forme ni volume propres — il occupe tout l'espace disponible, et il est compressible.
2. Toute matière est faite de particules — atomes ou molécules — trop petites pour être vues. Le modèle particulaire explique les trois états par leur arrangement : dans un solide, les particules sont serrées et ordonnées, elles vibrent sans se déplacer ; dans un liquide, elles restent au contact mais désordonnées et glissent les unes sur les autres ; dans un gaz, elles sont très éloignées, désordonnées, et se déplacent vite dans toutes les directions.
3. Les mêmes particules, trois arrangements : ordonné et serré, serré et désordonné, dispersé.
4. Les six changements d'état se retiennent par couples opposés, et chaque nom doit être associé à son sens. Fusion : solide → liquide. Solidification : liquide → solide. Vaporisation : liquide → gaz. Liquéfaction : gaz → liquide. Sublimation : solide → gaz directement. Condensation solide : gaz → solide directement.
5. Pendant un changement d'état d'un corps pur, la température ne varie pas : la courbe présente un palier horizontal, alors même que le chauffage continue. L'énergie apportée sert à réorganiser les particules, non à les agiter davantage. La température ne recommence à monter qu'une fois tout le corps passé dans le nouvel état.
6. Sous la pression atmosphérique normale, l'eau pure fond à 0 °C et bout à 100 °C. Ces deux valeurs sont des repères d'identification : un corps pur inconnu qui fond exactement à 0 °C et bout à 100 °C est, très probablement, de l'eau. Un mélange, lui, ne présente pas de palier net — c'est ainsi qu'on le reconnaît.
7. De −20 °C à 0 °C : la température monte, le corps reste solide.
8. À 0 °C : palier de fusion. Solide et liquide coexistent, la température reste bloquée tant qu'il reste de la glace.
9. De 0 °C à 100 °C : la température monte à nouveau, le corps est entièrement liquide.
10. À 100 °C : second palier, celui de l'ébullition, le plus long des deux.
11. Au-delà : la température remonte, le corps est entièrement à l'état de gaz.
12. Une courbe en escalier : deux montées séparées par deux paliers, à 0 °C et à 100 °C.
13. Repérer les portions horizontales de la courbe : ce sont les paliers, donc les changements d'état.
14. Lire la température de chaque palier sur l'axe vertical.
15. Nommer le changement en indiquant le sens : température qui monte avant le palier → fusion puis vaporisation ; température qui descend → liquéfaction puis solidification.
16. Comparer aux valeurs de référence : 0 °C et 100 °C pour l'eau sous pression normale.
17. Conclure : palier net → corps pur ; absence de palier net → mélange.
18. Au cours d'un changement d'état, la masse se conserve : elle est exactement la même avant et après. C'est logique dans le modèle particulaire — ce sont les mêmes particules, en même nombre. En revanche, le volume change, puisque l'espacement des particules change. Masse conservée, volume modifié : les deux moitiés de la phrase comptent.