Changements d’état de l’eau – Cours – 5ème – Physique – Chimie – Collège
- Quelles sont les propriétés spécifiques de chaque état physique de l’eau ?
- Forme propre de l’eau solide (glace)
- Absence de forme propre de l’eau liquide
- Horizontalité de la surface libre de l’eau
- Compressibilité et expansibilité de la vapeur d’eau qui occupe tout le volume offert.
Nécessaire à la vie, l’eau est partout présente sur et dans la Terre. Ses différents aspects façonnent les paysages : océans, fleuves et rivières, geysers, glaciers. Les nuages, la pluie, la neige, la grêle en sont d’autres aspects.
Comment l’eau prend-elle ces différents aspects ?
I. Les états physiques de l’eau :
L’eau existe sous trois états physiques : solide (glace), liquide (eau), gaz (vapeur d’eau). On peut l’observer naturellement sous différentes formes : neige, grêle (solide) – pluie, givre, brouillard, buée (liquide). Les changements d’états sont réversibles.
Comment se forment les nuages :
Tout d’abord, un nuage n’est pas constitué de vapeur d’eau mais de fines gouttelettes d’eau et de cristaux de glace car la vapeur d’eau est invisible. Pour qu’il y ait formation d’un nuage, il faut tout d’abord qu’il y ait de l’air humide au sol. Cet air humide est soulevé en altitude, donc va aller de plus en plus haut mais il va toujours garder la même quantité de vapeur d’eau. A une certaine altitude, cet air humide va atteindre un seuil ou la quantité de vapeur qu’il contient sera maximale (il ne pourra pas en contenir plus) : on dit que l’air est saturé en vapeur d’eau. En augmentant son altitude, la vapeur d’eau qui ne pourra pas être contenue dans l’air va se liquéfier autour des noyaux de condensation (fines particules de poussières invisibles) et va permettre la formation des nuages de gouttelettes d’eau. En augmentant encore son altitude, la vapeur d’eau et les gouttelettes vont se condenser autour des noyaux de congélation et va permettre la formation des nuages de cristaux de glace.
II. Propriétés des états physiques :
La matière est constituée de molécules, elles-mêmes constituées d’atomes. La différence d’assemblage des molécules dans la matière permet d’expliquer la présence de ces trois états.
Nous allons montrer comment sont assemblées les molécules dans chaque état, citer quelques propriétés de ces états et les illustrer avec l’eau.1. L’état solide : Assemblage : les molécules sont en contact entre elles et sont extrêmement resserrées (on peut considérer qu’elles sont attachées entre elles). Cela donne donc un état compact et ordonné. Propriétés : un solide peut être pris totalement ou partiellement dans la main. Un solide que l’on pourra prendre dans sa main totalement sera appelé solide compact (glace) et un solide dont on ne pourrait prendre qu’une petite quantité sera appelé solide divisé (sable).
Les solides compacts ont une forme propre tandis que les solides divisés prennent la forme du récipient dans lequel ils sont mais ont une surface libre quelconque.
Illustration :
2. L’état liquide :
Assemblage : les molécules sont en contact entre elles mais ne sont pas attachées entre elles, elles glissent les unes sur les autres : c’est un état compact et désordonné. Propriétés : les liquides n’ont pas de forme propre car ils prennent la forme du récipient qui les contient.Illustration :
Expérience :
On réalise l’expérience schématisée ci-contre.
Observations et interprétations :
- Les boules de glace réalisées ici sont sphériques : elles ont une forme propre.
- Le liquide obtenu après fusion de la glace prend la forme du verre à pied, du cristallisoir ou du bocal.
- La surface de l’eau en contact avec l’air est la surface libre du liquide ; elle est plane.
Conclusion : Un solide a une forme propre. Un liquide n’a pas de forme propre, il prend la forme du récipient qui le contient. La surface libre d’un liquide au repos est plane et horizontale quel que soit la position du récipient.
3. L’état gazeux :
Assemblage : les molécules ne se touchent pas. Entre les molécules, il y a du vide, c’est à dire absence de matière. Les molécules sont en perpétuelle agitation. Propriétés : les gaz n’ont pas de forme propre. Ils sont cependant très compressibles et expansibles.Définitions : Compressibilité : caractéristique d’un corps à pouvoir réduire son volume sous une pression donnée. Expansibilité : caractéristique d’un corps à pouvoir occuper l’espace qui lui est attribué.
Illustration :
Expérience de la seringue :
Lorsque l’on appuie sur le piston de la seringue, le volume de l’air emprisonné diminue : un gaz est compressible. Inversement il est expansible.
D : est l’état expansible du gaz.
E : est l’état compressible du gaz.
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