L’essentiel
Les changements d’état sont les passages d’un état de la matière à un autre. Il y en a six : la fusion (solide à liquide), la solidification (liquide à solide), la vaporisation (liquide à gazeux), la liquéfaction (gazeux à liquide), la sublimation (solide à gazeux) et la condensation (gazeux à solide).
Les six changements d’état
Un changement d’état modifie l’état physique d’un corps, sans changer ses molécules. Chaque passage entre les états solide, liquide et gazeux porte un nom précis.
| État de départ | État d’arrivée | Nom | Exemple |
|---|---|---|---|
| Solide | Liquide | Fusion | Un glaçon fond |
| Liquide | Solide | Solidification | L’eau gèle |
| Liquide | Gazeux | Vaporisation | L’eau bout |
| Gazeux | Liquide | Liquéfaction | De la buée se forme sur un miroir |
| Solide | Gazeux | Sublimation | La neige carbonique disparaît sans fondre |
| Gazeux | Solide | Condensation | Le givre se dépose sur une vitre |
Astuce : Dans la vie courante, on dit « condensation » pour la buée. En physique-chimie, le passage de gazeux à liquide s’appelle liquéfaction.
Le schéma des changements d’état
Pour dessiner le schéma, place les trois états aux sommets d’un triangle : solide, liquide, gazeux. Relie chaque paire d’états par deux flèches de sens opposés, et note le nom du passage sur chacune.
Les passages vers un état plus désordonné demandent un apport d’énergie : fusion, vaporisation, sublimation. Les trois autres libèrent de l’énergie.
Les trois états de la matière
| État | Forme propre | Volume propre | Molécules |
|---|---|---|---|
| Solide | Oui | Oui | Rapprochées et ordonnées |
| Liquide | Non | Oui | Rapprochées et désordonnées |
| Gazeux | Non | Non | Éloignées et très agitées |
Les changements d’état de l’eau
Pendant un changement d’état d’un corps pur, la température reste constante : la courbe de température présente un palier. Tant qu’il reste de la glace dans de l’eau, la température du mélange reste à 0 °C. Un mélange, comme l’eau salée, n’a pas de palier net.
L’ébullition est une vaporisation rapide, avec des bulles dans tout le liquide. L’évaporation est une vaporisation lente, en surface, qui se produit même à température ambiante.
À la pression atmosphérique normale, l’eau pure fond à 0 °C et bout à 100 °C.
Ce qui change et ce qui ne change pas
- La masse se conserve : 100 g de glace donnent 100 g d’eau liquide.
- Le volume change en général. L’eau a un comportement particulier : son volume augmente d’environ 9 % en gelant.
- La nature des molécules ne change pas : un changement d’état est une transformation physique.
- Une bouteille pleine d’eau peut éclater au congélateur, car la glace prend plus de place que l’eau liquide. 1,0 L d’eau donne environ 1,09 L de glace.
L’énergie d’un changement d’état
En seconde, on calcule l’énergie échangée avec E = m × L, où m est la masse et L l’énergie massique de changement d’état. Pour la fusion de la glace, L vaut environ 334 kJ/kg : faire fondre 2,0 kg de glace demande 2,0 × 334 = 668 kJ.
| Corps pur | Fusion | Ébullition |
|---|---|---|
| Eau | 0 °C | 100 °C |
| Éthanol | −114 °C | 78 °C |
| Mercure | −39 °C | 357 °C |
| Fer | 1 538 °C | 2 862 °C |
Les erreurs à éviter
La vapeur blanche au-dessus de la casserole est un gaz Ce sont de fines gouttelettes d’eau liquide
La vapeur d’eau gazeuse est invisible. Le nuage blanc montre qu’elle s’est liquéfiée.
La glace devient plus légère en fondant La masse reste la même
Lors d’un changement d’état, seul l’arrangement des molécules change.
Passage de gazeux à liquide : condensation Passage de gazeux à liquide : liquéfaction
En cours, condensation désigne le passage de gazeux à solide.
Exercices corrigés
1. Comment s’appelle le passage de l’état solide à l’état liquide ?
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La fusion. Un solide qui devient liquide subit une fusion.
2. Comment s’appelle le passage de l’état gazeux à l’état liquide ?
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La liquéfaction. C’est la liquéfaction, comme la buée sur un miroir.
3. Comment s’appelle le passage direct de l’état solide à l’état gazeux ?
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La sublimation. La sublimation fait passer de solide à gazeux, sans étape liquide.
4. 200 g de glace fondent entièrement. Quelle est la masse d’eau liquide obtenue ?
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200 g. La masse se conserve.
5. De l’eau pure est en train de bouillir sous pression normale. On chauffe plus fort. Que devient sa température ?
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Elle reste à 100 °C. Pendant le palier de changement d’état, la température du corps pur reste constante.
6. Quelle énergie faut-il pour faire fondre 500 g de glace, si L = 334 kJ/kg ?
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167 kJ. m = 0,500 kg, donc E = 0,500 × 334 = 167 kJ.
Questions fréquentes
Quel est le nom du passage de gazeux à solide ?
La condensation, aussi appelée condensation solide. Le givre qui se forme directement à partir de la vapeur d’eau en est un exemple.
À quelle température l’eau devient-elle gazeuse ?
Elle bout à 100 °C sous la pression atmosphérique normale. Mais l’eau s’évapore aussi lentement à toutes les températures.
Un changement d’état est-il une transformation physique ou chimique ?
C’est une transformation physique : les molécules restent les mêmes, seules leur disposition et leur agitation changent.