Les états de la matière et les changements d'état

Les changements d'état
Auteurs : Rodolphe Desbois(plus d'infos)
Résumé :
Une substance peut passer de l'état gazeux à l' état liquide ou solide, de l' état liquide à l'état gazeux ou solide, de l'état solide à l'état gazeux ou liquide ; c'est un changement d'état.
Publication : 1 Juin 1999

Qu'est-ce qu'un changement d'état?

Une substance peut passer de l'état gazeux à l' état liquide ou solide, de l' état liquide à l'état gazeux ou solide, de l'état solide à l'état gazeux ou liquide ; c'est un changement d'état. Cela signifie que, suivant les circonstances, un même corps peut se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse. Par exemple, l'eau peut exister sous ces différentes formes qui correspondent à des organisations moléculaires différentes (modèle de la matière). Les changements d'état sont plus ou moins faciles ; parfois même impossibles sans détérioration de la substance.

L'eau

Revenons au cas de l'eau afin d'étudier différents changements d'état que nous pouvons observer dans la vie quotidienne.

La vaporisation est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. L'un des modes de vaporisation est l'ébullition. Lorsqu'on chauffe de l'eau dans une casserole, on voit des bulles grossir et s'élever dans l'eau, puis éclater à la surface. Les bulles qui éclatent libèrent la vapeur d'eau qu'elles contenaient, cette vapeur se disperse dans l'espace environnant, on ne la voit plus, elle est mélangée à l'air. Ainsi, en chauffant de l'eau liquide, il se forme de la vapeur d'eau (état gazeux) et la quantité d'eau liquide diminue. Toute l'eau peut passer progressivement de l'état liquide à l' état gazeux.
L'autre mode de vaporisation est l'évaporation. Lorsqu'on laisse à l'air libre un récipient contenant de l'eau, au bout d'un certain temps, on constate que la quantité d'eau a diminué : on dit que l'eau s'est évaporée. C'est le même phénomène qui se produit lorsque le linge sèche. L'eau qui imprègne le linge s'évapore toute seule (même par mauvais temps). Ce phénomène illustre aussi le passage de l'état liquide à l'état gazeux.
La transformation inverse est appelée condensation (c'est le passage de l'état gazeux à l'état liquide). On retrouve par exemple ce phénomène lors de la naissance du brouillard.

D'autres transformations comme le passage de l'état liquide à l'état solide sont facilement observables. Reprenons l'exemple de l'eau liquide, si on la refroidit suffisamment, elle se transforme en glace. On dit que l'eau s'est congelée ou solidifiée : c'est de l'eau à l'état solide. Évidemment plein d'autres liquides peuvent se solidifier si leur température de solidification est atteinte. Le processus inverse est la fusion. On a tous observé que lorsqu'on sort de la glace du congélateur et qu'on la laisse pendant un certain temps à la température ambiante, elle devient liquide ; on dit que la glace a fondu. Pour que cette transformation puisse se faire, de la chaleur a été fournie à la glace.
Dans certaines conditions de température et de pression, il peut arriver que la neige disparaisse au soleil sans fondre. La neige s'est transformée directement en vapeur d'eau; ce passage de l'état solide à l'état gazeux est la sublimation (la transformation inverse est la condensation en solide).

Température des changements d'état

On peut mesurer la température de solidification de l'eau tant qu'il y a en présence du solide (glace) et de l'eau liquide. Par exemple, on constate que la solidification de l'eau se produit à la température de 0 °C sous la pression atmosphérique "normale" (celle au niveau de la mer). Durant ce phénomène, la température reste constante. Ainsi toute la chaleur fournie a permis de transformer l'eau liquide en glace sans pour autant modifier la température. On a tendance à croire que la température de la glace est toujours égale à 0°C, mais si on la refroidit, sa température sera forcément inférieure (à 0°C).

On a vu que le phénomène d'ébullition est le passage de l'état liquide à l'état vapeur (lorsque les deux phases sont en équilibre). L'ébullition de l'eau se produit à température constante (100°C sous la pression atmosphérique "normale") en absorbant de la chaleur.

Ébullition de l'eau (sous pression atmosphérique "normale").

Attention!
La pression atmosphérique diminue quand on s'élève en altitude ; les températures de changement d'état ne sont plus les mêmes.
Par exemple, au sommet du Mont-Blanc, la pression atmosphérique est plus faible qu'au niveau de la mer, et l'eau bout à 85°C (il n'y a plus d'eau à l'état liquide à plus de 85°C).

Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de température de changement d'état sous la pression atmosphérique "normale".

Corps pur

Température de fusion (°C)

Température de vaporisation (°C)

Azote

-209.9

-196

Alcool

-114

78

Mercure

-39

357

Eau

0

100

Plomb

327

1620

Or

1063

2660