États et changements d’état

• Solide : il a une forme propre et un volume propre. Un caillou garde sa forme quel que soit le récipient. Le sable ou le sucre en poudre « coulent », mais chaque grain est un solide : ce sont des solides en grains.
• Liquide : il a un volume propre mais pas de forme propre : il prend la forme du récipient. Au repos, sa surface libre est plane et horizontale, même si le verre est penché.
• Gaz : il n’a ni forme propre ni volume propre. Il occupe tout l’espace disponible et se comprime : dans une seringue bouchée, on peut réduire le volume d’air en poussant le piston. Un gaz a pourtant une masse : 1 L d’air pèse environ 1,2 g.

• Solide → liquide : fusion ; liquide → solide : solidification.
• Liquide → gaz : vaporisation ; gaz → liquide : liquéfaction (on dit aussi condensation liquide).
• Solide → gaz directement : sublimation ; gaz → solide directement : condensation solide.
• Chaque changement d’état est réversible : la fusion et la solidification sont inverses l’une de l’autre, comme la vaporisation et la liquéfaction.

• L’eau pure fond et se solidifie à la même température : 0 °C.
• Au niveau de la mer, l’eau pure bout à 100 °C. En altitude, elle bout à une température plus basse : environ 85 °C au sommet du mont Blanc. Dans un autocuiseur fermé, elle bout au-dessus de 100 °C.
• Pour lire un thermomètre : repère la valeur d’une petite graduation (écart entre deux nombres écrits divisé par le nombre d’intervalles), puis lis le haut de la colonne. Sous 0, les valeurs sont négatives : −6 °C est plus froid que −4 °C.

Pendant le changement d’état d’un corps pur (comme l’eau pure), la température reste constante, même si l’on continue de chauffer ou de refroidir : sur la courbe température / temps, c’est un palier, une partie horizontale. Pendant tout le palier, les deux états coexistent : de la glace et de l’eau liquide à 0 °C, par exemple.

Pour un mélange (eau salée, chocolat, beurre), on n’observe en général pas de palier net : la température continue de varier pendant le changement d’état. L’eau salée commence à geler en dessous de 0 °C (vers −2 °C pour l’eau de mer). La température d’un palier aide donc à identifier un corps pur.

Lance la lecture et regarde la courbe se tracer. Repère les deux paliers : à 0 °C, glace et eau liquide coexistent pendant toute la fusion ; à 100 °C, l’eau bout. Recommence avec l’eau salée : la fusion commence sous 0 °C et la température monte pendant la fusion, pas de palier net.

Lors d’un changement d’état, la masse se conserve : 1 kg d’eau donne 1 kg de glace. Mais le volume change : en gelant, l’eau prend environ 9 % de place en plus (1 L d’eau donne environ 1,09 L de glace). C’est pourquoi la bouteille pleine éclate, pourquoi les tuyaux gèlent et cassent en hiver, et pourquoi la glace flotte : pour un même volume, elle a une masse plus petite que l’eau liquide. La glace n’est pas « moins lourde que l’eau dont elle provient » : elle est plus volumineuse.

• Ce sont deux formes de vaporisation (liquide → gaz).
• L’évaporation se fait à toute température, lentement, à la surface du liquide : flaque qui sèche, linge sur le fil. Elle est plus rapide avec la chaleur, le vent et une grande surface.
• L’ébullition se fait dans tout le liquide, avec des bulles de vapeur, à une température précise (100 °C pour l’eau au niveau de la mer) : c’est un palier.