Grand oral du bac : LES ÉTATS DE LA MATIÈRE
Publié le 29/01/2019
Extrait du document
le patin peut glisser. Après son passage, l’eau, n’étant plus soumise à la pression, retourne très vite à l’état de glace. La pression agit de manière identique sur les points d’ébullition. Quand la pression sur l’eau est réduite, les molécules s’échappent facilement dans l’air, ce qui abaisse le point d’ébullition du liquide à moins de 100 °C.
En montagne, plus l’altitude est élevée, plus l’épaisseur de la couche d’air s’amenuise, ce qui correspond à une diminution de la pression atmosphérique. Par conséquent, le point d’ébullition de l’eau s’abaisse; si un alpiniste la verse sur du thé, sa température est insuffisante pour obtenir une boisson savoureuse. En augmentant la chaleur du liquide, on réduit la quantité d’eau dans la casserole, elle disparaît en vapeur, sans augmenter pour autant la température du thé.
Le phénomène inverse se produit lorsque l’on fait bouillir de l’eau dans un autocuiseur fermé hermétiquement. La vapeur produite par l’ébullition ne peut s’échapper et la pression à l’intérieur du récipient augmente. Cela a pour effet d’entraver la vaporisation de l’eau restante, son point d’ébullition est plus élevé et elle reste à l’état
À Quand les nuages gèlent, des cristaux de neige se forment - leur forme dépend de la température atmosphérique.
Ici, un cristal étoilé à six branches identiques.
commence à chuter et, quand elle atteint le point d’ébullition de la substance, le gaz restitue sa chaleur latente de vaporisation et se transforme en un liquide de même température. Ce n’est que lorsque la totalité du gaz est revenue à l’état liquide que la température de la substance recommence à baisser. Lorsque le refroidissement se poursuit, le liquide revient à son point de congélation. De même, il libère alors sa chaleur latente de fusion et reprend une forme solide de même température. Enfin, une fois la matière totalement solidifiée, sa température poursuit sa chute.
lorsque le mercure d’un thermomètre monte dans le tube, cela indique un accroissement de la température. L’eau échappe à cette règle: lorsqu’elle passe de 0 °C à 4 °C, elle se contracte au lieu de se dilater. Inversement, une canalisation peut éclater en hiver sous l’effet du gel, car la glace formée par congélation occupe un volume supérieur et exerce sur les parois une pression importante qui suffit parfois à les rompre.
Comme l’eau se dilate en gelant, la glace est finalement moins dense. En d’autres termes, un
Les véhicules à vapeur tirent leur énergie de la combustion d’une substance appelée combustible (ici, du charbon). La chaleur produite est utilisée pour chauffer de l’eau. La vapeur sous haute pression pousse alors les pistons dans leurs cylindres, générant ainsi la force motrice.
Roberto De Bugleimo/Science Photo Library G. M. Wilkins/Robert Harding Picture Library
volume de glace donné pèse moins lourd que le même volume d’eau. C’est pourquoi la glace flotte et se forme à la surface des plans d’eau.
Autour des pôles Nord et Sud, l’eau gelée forme des icebergs. Certains de ces blocs flottants atteignent des tailles considérables. Le plus gros iceberg connu jusqu’ici fut observé en 1956, dans le Pacifique Sud ; sa superficie dépassait 31000 km2 - à peu près l’équivalent des îles méditerranéennes, de la Sardaigne et de la Corse réunies.
«
Les
états de la matière
évoluer d'un état à l'autre de façon réversible.
Certaines substances, comme l'iode, passent
directement de l'état solide à l'état gazeux.
On dit
que de tels composés se subliment.
Les trois changements d'état possibles -fusion/
congélation, vaporisation/liquéfaction et sublima
tion/solidification -peuvent être obtenus en
modifiant la température du corps, ce qui corres
pond, au niveau moléculaire, à une variation de
l'agitation thermique (de l'agitation due à la tem
pérature) des molécules.
Par exemple, pour faire
passer un corps de l'état liquide à l'état gazeux, il
faut fournir de l'énergie aux molécules du liquide,
de manière à augmenter leur énergie cinétique.
-
Ainsi, lorsque nous faisons bouillir de l'eau, nous �
lui apportons de l'énergie sous la forme de cha- �
leur, ce qui a pour effet d'intensifier l'agitation des !
molécules, qui se déplacent alors de plus en plus "'
�
vite, de sorte que certaines s'évadent du liq�ide "'
sous la forme de vapeur.
L'eau est alors en ebul
lition, ce qui se produit, sous pression atmosphé
rique normale, à 100°C.
Dans un liquide, les molécules ne se déplacent
pas toutes à la même vitesse.
Certaines sont si
rapides qu'elles peuvent traverser la surface et
s'échapper dans l'air, se transformant en gaz.
Si,
par exemple, on laisse un verre d'eau non couvert
dans une pièce chauffée, au bout de plusieurs
jours, le niveau de l'eau aura baissé.
Ce processus,
appelé évaporation, est différent de l'ébullition,
changement d'état qui se produit au sein même
du liquide, et pas seulement à sa surface.
Du gaz au liquide
Inversement, la vapeur revient à l'état liquide
quand sa température s'abaisse suffisamment.
On
Le poids du patineur sur la lame d'un patin �
à glace crée une très forte pression, qui
provoque la formation instantanée d'une fine
pellicule d'eau sur laquelle on glisse aisément.
......
Famille inuit
dans son igloo.
L'igloo est constitué
de blocs de neige
compacte disposés
en dôme.
Si la température
s'élevait au-dessus
du point de gel
de l'eau, cet abri
fondrait.
observe
ce phénomène lorsqu'on laisse bouillir de
l'eau.
Dans la pièce, les surfaces froides s'humidi
fient, car une partie de la vapeur produite perd de
la chaleur à leur contact.
Le mouvement des molé
cules est alors ralenti, et le liquide se reconstitue.
Ce phénomène est appelé condensation.
On appelle souvent «vapeur» les nuées blan
châtres qui se forment à la sortie du bec de la
bouilloire, mais, en fait, la vapeur d'eau est invi
sible.
Ce que l'on observe à cet instant, ce sont des
microgouttelettes d'eau liquide, qui se forment en
quittant la bouilloire au contact de l'air extérieur
comparativement plus froid.
Regardez le bec de la
bouilloire; vous pourrez constater que ces nuées
se forment non pas à la sortie immédiate du bec,
mais à une courte distance.
Dans la zone transpa
rente entre nuées et bec, l'eau se trouve encore à
l'état gazeux, car elle ne s'est pas encore assez
refroidie pour se condenser en liquide.
Il est également possible de transformer un
liquide en solide en abaissant fortement sa tem
pérature.
La perte de chaleur provo_que, là
encore, le ralentissement des molécules.
A terme,
celles-ci ne peuvent plus se déplacer au sein de
la matière, mais seulement vibrer autour de posi
tions fixes.
À ce stade, Je liquide s'est transformé
en solide.
Ainsi, l'eau gèle à ooc sous pression
atmosphérique normale, se changeant en glace.
Lors du passage de l'état liquide à l'état solide,
la plupart des substances forment des cristaux de
formes diverses Oes cristaux de sel sont cubiques) .
......
Lorsque
la température
de l'eau d'un étang
ou d'un lac tombe
en dessous de 4 •c,
celle-ci se dilate.
Moins dense, donc
plus légère, l'eau
refroidie remonte
vers la surface.
Si le refroidissement
se poursuit, elle finit
par y former
une couche de glace
plus ou moins épaisse.
Les chaleurs latentes
Lorsqu'on chauffe un solide pour le liquéf ier, il
absorbe de la chaleur et sa température s'élève.
Quand le point de fusion est atteint, la tempéra
ture se stabilise, alors que la matière continue
d'absorber de la chaleur.
Cette chaleur, utilisée
pour faire fondre le solide, est appelée chaleur
latente de fusion.
Une fois le solide totalement
liquéfié, et si l'on continue à chauffer, sa tempé
rature recommence à s'élever et il finit par
atteindre son point d'ébullition.
La température se stabilisera encore: une éner
gie calorifique importante est absorbée pour trans
former le liquide en ébullition en un gaz à la
même température.
Cette chaleur absorbée pour
permettre le changement d'état est appelée cha
leur latente de vaporisation.
Une foi� la substance
entièrement gazéifiée, sa température continuera
d'augmenter si l'on continue à la chauffer.
À l'in
�..-;;&i::.!�IE;:� � verse, si le gaz perd de la chaleur, sa température.
»
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