Programme en vigueur — arrêté du 9 novembre 2015, applicable en 5ème depuis la rentrée 2016. Voir le texte
Les trois états de la matière : solide, liquide, gazeux. Changements d'état : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation. Température de changement d'état (palier). Conservation de la masse. Modèle particulaire : arrangement des atomes/molécules.
La règle d'or
Pendant un changement d'état, la température ne bouge pas : l'énergie reçue sert à séparer les molécules les unes des autres, pas à les chauffer.
L'erreur que tout le monde fait
Croire que la masse diminue quand un liquide s'évapore.
Les molécules ne disparaissent pas, elles se dispersent dans l'air. Dans un récipient fermé, la balance ne bouge pas d'un gramme : c'est le volume occupé qui change, pas la quantité de matière.
Les changements d'état en physique-chimie 5e : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation, palier de température et conservation de la masse, avec un exercice corrigé.
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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.
1Les trois états et le modèle particulaire
Définition
Les trois états — 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.
Définition
Modèle particulaire — 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.
Les mêmes particules, trois arrangements : ordonné et serré, serré et désordonné, dispersé.
Piège
Croire qu'en fondant, les particules de glace « deviennent » des particules d'eau liquide.
Pourquoi — Ce sont les mêmes particules, dans les deux cas des molécules d'eau. Ce qui change, c'est uniquement leur arrangement et leur agitation, pas leur nature. Le glaçon et l'eau du verre sont le même corps. Cette confusion mène droit à l'erreur suivante : croire qu'une masse peut se perdre ou apparaître.
Le réflexe — Se dire : dans un changement d'état, les particules ne changent pas — seul leur rangement change.
2Nommer les six changements d'état
Règle
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.
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.
Pourquoi — La buée se forme à partir de la vapeur d'eau de l'air : c'est du gaz qui devient liquide, donc une liquéfaction. L'évaporation est le mouvement inverse. Le mot « vapeur » présent dans les deux cas est le piège.
Le réflexe — Nommer l'état de départ puis l'état d'arrivée, dans cet ordre, avant de choisir le mot.
3Le palier de température
Règle
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.
Propriété
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.
Exemple
On chauffe de la glace à −20 °C jusqu'à 120 °C, en relevant la température toutes les minutes. Décrire la courbe obtenue.
De −20 °C à 0 °C : la température monte, le corps reste solide.
À 0 °C : palier de fusion. Solide et liquide coexistent, la température reste bloquée tant qu'il reste de la glace.
De 0 °C à 100 °C : la température monte à nouveau, le corps est entièrement liquide.
À 100 °C : second palier, celui de l'ébullition, le plus long des deux.
Au-delà : la température remonte, le corps est entièrement à l'état de gaz.
Une courbe en escalier : deux montées séparées par deux paliers, à 0 °C et à 100 °C.
Lire une courbe de chauffage et identifier un corps
Repérer les portions horizontales de la courbe : ce sont les paliers, donc les changements d'état.
Lire la température de chaque palier sur l'axe vertical.
Nommer le changement en indiquant le sens : température qui monte avant le palier → fusion puis vaporisation ; température qui descend → liquéfaction puis solidification.Le sens de variation avant le palier donne le sens du changement d'état.
Comparer aux valeurs de référence : 0 °C et 100 °C pour l'eau sous pression normale.
Conclure : palier net → corps pur ; absence de palier net → mélange.
4La masse se conserve, le volume non
Règle
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.
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.
Pourquoi — Le volume diminue, mais la masse reste 50 g. Confondre les deux grandeurs revient à croire que de la matière a disparu. La masse compte la quantité de particules ; le volume mesure la place qu'elles occupent, ce qui dépend de leur espacement.
Le réflexe — 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 ?
L'essentiel en 10 points
·Solide : forme + volume propres. Liquide : volume propre seul. Gaz : ni l'un ni l'autre.
·Modèle particulaire : solide serré et ordonné, liquide serré et désordonné, gaz dispersé.
c. Elle reste constante, alors même que le chauffage continue : l'énergie sert à réorganiser les particules.
d. La masse. Le volume, lui, change.
2
Nommer le changement d'état dans chaque situation, en précisant l'état de départ et d'arrivée.
Modéliser
a.De la buée se dépose sur une vitre froide.
b.Le linge étendu sèche au soleil.
c.Une flaque gèle pendant la nuit.
d.La neige disparaît par temps sec et froid, sans flaque.
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a. Gaz → liquide : liquéfaction de la vapeur d'eau de l'air.
b. Liquide → gaz : vaporisation, sous sa forme lente et de surface, l'évaporation.
c. Liquide → solide : solidification.
d. Solide → gaz directement : sublimation. L'absence de flaque est l'indice décisif.
3
Conservation de la masse. Un bécher vide a une masse de 120 g. On y place un glaçon ; l'ensemble pèse alors 165 g.
Calculer
a.Calculer la masse du glaçon.
b.Le glaçon fond entièrement. Quelle est la masse de l'ensemble ? Justifier.
c.Le volume passe de 49 cm³ à 45 cm³. Calculer la variation de volume.
d.Un élève conclut qu'une partie de l'eau s'est évaporée. Réfuter.
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a. Masse du glaçon, par différence :165−120=45
Soit 45 g.
b. Toujours 165 g. Au cours d'une fusion, la masse se conserve : ce sont les mêmes molécules d'eau, en même nombre.
c. Variation du volume :49−45=4
Le volume diminue de 4 cm³, l'eau solide occupant plus de place que l'eau liquide.
d. La balance affiche la même valeur avant et après : rien n'a quitté le bécher. L'élève confond la baisse du volume avec une perte de masse — deux grandeurs distinctes.
4
Lecture d'une courbe de refroidissement. On refroidit un liquide pur de 90 °C à 20 °C. La température descend régulièrement, marque un palier à 55 °C pendant 6 minutes, puis reprend sa descente.
Analyser
a.Quel changement d'état se produit pendant le palier ? Justifier par le sens de variation.
b.Quelle est la température de solidification de ce liquide ?
c.S'agit-il d'eau ? Justifier.
d.Ce corps est-il pur ? Sur quel indice ?
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a. La température descend avant le palier : le corps passe de liquide à solide, c'est une solidification.
b. 55 °C, valeur du palier.
c. Non : l'eau se solidifie à 0 °C sous pression normale, pas à 55 °C.
d. Oui, très probablement : le palier est net et à température constante. Un mélange ne présenterait pas de palier franc.
5
Raisonner avec le modèle particulaire.
Raisonner
a.Pourquoi un gaz est-il compressible alors qu'un liquide ne l'est pratiquement pas ?
b.Pourquoi la température reste-t-elle constante pendant un palier, alors qu'on chauffe toujours ?
c.Pourquoi la masse se conserve-t-elle nécessairement dans ce modèle ?
d.Une bouteille d'eau pleine et fermée éclate au congélateur. Expliquer sans invoquer une variation de masse.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Parce que dans un gaz, les particules sont très éloignées : il reste du vide entre elles, qu'on peut réduire. Dans un liquide elles sont déjà au contact, il n'y a plus d'espace à supprimer.
b. Parce que l'énergie apportée sert à séparer les particules et à défaire leur arrangement, non à augmenter leur agitation. Or c'est l'agitation que mesure la température.
c. Parce que les particules ne sont ni créées ni détruites : elles sont les mêmes, en même nombre, seulement rangées autrement. Une masse identique en découle nécessairement.
d. En gelant, l'eau augmente de volume — les molécules s'organisent en une structure moins compacte. La bouteille fermée ne peut pas suivre cette augmentation et cède. La masse, elle, est restée strictement la même.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Caractériser les trois états par forme et volume3 ptsPerdu si : Définir le liquide par « ça coule » sans parler de volume propre
Nommer un changement d'état en donnant son sens4 ptsPerdu si : Appeler la buée une évaporation
Interpréter un palier comme un changement d'état à température constante4 ptsPerdu si : Écrire que la température monte pendant le palier
Appliquer la conservation de la masse3 ptsPerdu si : Conclure à une perte de matière parce que le volume a diminué
Expliquer un fait par l'arrangement des particules3 ptsPerdu si : Dire que les particules « changent de nature »
4
La méthode
Lire une courbe de changement d'état
1
Repérer les deux axes : le temps en abscisse, la température en ordonnée.
2
Repérer le palier, portion horizontale de la courbe.
3
Lire la température du palier, qui est la température de changement d'état.
4
Nommer le changement d'état d'après le sens de l'évolution : fusion si l'on chauffe un solide, solidification si l'on refroidit un liquide.
5
Conclure sur l'état de la matière avant et après le palier.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-Chimie5ème
Question 1
En athlétisme, un coureur boit 500 mL d'eau à température ambiante pendant une pause. Si cette eau passe de l'état liquide à gazeux (vaporisation), quelle affirmation est vraie sur la masse d'eau ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
4 contrôles sur ce chapitre, chacun avec sa durée, son barème sur vingt et un corrigé qui explique chaque réponse. Trois niveaux — Essentiel, Standard, Approfondi — se complètent sans reposer une question : on commence par celui qui correspond, et la note dit lequel faire ensuite.
La matière — États et changements d'état : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au collège, en classe de 5ème. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur La matière — États et changements d'état ?+
Les trois états de la matière : solide, liquide, gazeux. Changements d'état : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation. Température de changement d'état (palier). Conservation de la masse. Modèle particulaire : arrangement des atomes/molécules. Les notions à maîtriser sont : solide, liquide, gaz, fusion, vaporisation, palier.
Où télécharger la fiche PDF de La matière — États et changements d'état ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 7 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de La matière — États et changements d'état est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Comment réviser La matière — États et changements d'état efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur La matière — États et changements d'état ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.
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