Changements d’état de l’eau – Evaporation – Fusion – Solidification – Cours – 5ème – Physique – Chimie – Collège – PDF à imprimer

Changements d’état de l’eau – Evaporation – Fusion – Solidification – Cours – 5ème – Physique – Chimie – Collège

• Cycle de l’eau.
• Solidification, fusion, liquéfaction, vaporisation
• Lors des changements d’état, la masse se conserve et le volume varie.

I. Rappel sur le cycle de l’eau :

Il existe trois états pour l’eau : l’état solide qui correspond à celui de la glace, l’état liquide, qui correspond à celui de la goutte d’eau par exemple, et enfin l’état gazeux qui correspond à celui de la vapeur d’eau.

II.   L’ébullition de l’eau :

1. Expérience : faire chauffer de l’eau pure (on utilise donc de l’eau distillée qui ne contient plus aucun minéraux), prendre la température de l’eau à chaque minute.

Pour provoquer l’ébullition d’une eau il suffit de chauffer suffisamment cette dernière.
La température de l’eau est mesurée avec  un thermomètre tandis que celle-ci est chauffée jusqu’à ébullition.
La température est relevée toute les minutes.
Lors d’une telle expérience voici les résultats que l’on peut obtenir:

2. La représentation graphique de ses résultats :

Ces résultats peuvent représentés par un graphique sur lequel on représente les variations de la température au cours du temps (graphe ci-après).

3. Interprétation des résultats :

Avant l’ébullition la température ne cesse d’augmenter et l’eau reste liquide mais lorsque l’eau commence à bouillir alors elle garde la même température (100°C).

Conclusion:
L’eau pure bout à une température constante de 100 °C.

4. Ebullition de l’eau pure sous faible pression:
La pression correspond à la poussée exercée par l’air sur les substances qu’il entoure la pression habituellement exercée par l’air libre est appelé pression atmosphérique.
A une altitude donnée cette pression ne varie que faiblement. Cependant dans un récipient fermé on peut facilement modifiée la pression de l’air.
Si l’on diminue la pression de l’air l’ébullition d’une eau pure se déroule-t-elle d’une manière différente ?
Si les mesures de température réalisées dans le premier paragraphe sont faites à nouveau avec une pression plus faible on obtient toujours une ébullition qui se déroule à température constante mais avec une température inférieure à 100°C.
Conclusion:
Sous une pression plus faible que la pression atmosphérique normale, l’eau pure bout à une température constante inférieure à 100°C.

5. Ebullition de l’eau pure sous forte pression :
La pression ayant une influence sur la température d’ébullition de l’eau pure on peut se demander ce qu’il se produit lorsque l’eau pure bout sous une pression supérieure à celle de la pression atmosphérique normale ?
La température d’ébullition reste constante mais cette fois elle prend une valeur supérieure à 100 °C.
Conclusion:
Sous une pression plus élevée que la pression atmosphérique normale, l’eau pure bout à une température constante supérieure à 100°C.

6.  Ebullition de l’eau salée :
Les mesures réalisées dans les paragraphes précédents sont faites une nouvelle fois lorsqu’on provoque l’ébullition d’eau salée.
On obtient les résultats suivants :

Interprétation : On remarque cette fois que l’eau ne présente pas de température d’ébullition constante. La température continue d’augmenter au cours de l’ébullition.

Conclusion: Un mélange ne possède pas de température d’ébullition constante: sa température augmente pendant l’ébullition.

III. Fusion et solidification :

1. Solidification de l’eau pure :
On peut provoquer la solidification de l’eau pure en plongeant celle-ci dans un mélange réfrigérant dont la température est inférieure à 0°C.
Des mesures de température montrent alors que pendant la solidification l’eau pure garde une température constante de 0°C.
Conclusion :
La solidification de l’eau pure se fait à une température constante de 0°C

2. Solidification de l’eau salée
En provoquant la solidification d’une eau salée on peut observer qu’elle ne se produit pas à température constante: au fur et à mesure que la glace se solidifie sa température diminue.

Conclusion : La solidification d’un mélange ne se fait pas à température constante.
Remarque: Cette conclusion était également celle tirée pour l’ébullition d’un mélange et elle sera également vérifiée pour la fusion et la liquéfaction.
3. Fusion de l’eau pure :
On peut étudier la fusion de l’eau pure en mesurant la température de glace fondante.
Des mesures de température permettent de d’observer que l’eau pure reste à 0°C pendant sa fusion.
Conclusion:
La fusion de l’eau pure se fait à une température constante de 0°C.
4. Fusion du cyclohexane
Le cyclohexane est un corps pur, il est donc intéressant de comparer sa fusion à celle de l’eau pure.
Sa fusion se fait à une température constante, comme l’eau pure, mais à 6°C alors que l’eau pure à une température de fusion de 0°C
Conclusion :
Un corps pur change d’état à une température constante qui est caractéristique de ce corps.

IV. Masse et volume de l’eau :

1.Volume de l’eau et changement d’état :
Si l’on repère le niveau de la glace dans un récipient avant et après la fusion on peut se rendre compte que celui de la glace est plus élevé que celui de l’eau liquide: l’eau solide et liquide ne possède pas le même volume.
Conclusion : On peut généraliser, lors d’un changement d’état l’eau change de volume.

2. Masse de l’eau et changement d’état :
Si l’on place un morceau de glace dans un récipient et que l’on compare la masse avant et après la fusion on trouve alors le même résultat: l’eau liquide à la même masse que l’eau solide
Conclusion : Ce résultat peut être généralisé, lors d’un changement d’état la masse de l’eau reste la même.
Remarque: il ne faut pas confondre masse et volume: en changeant d’état l’eau change de volume mais pas de masse.

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