Les changements d'état

1. Les différents changements d'état

1.1 Qu'est-ce qu'un changement d'état ?

Un changement d'état est le passage d'un état physique (solide, liquide ou gaz) à un autre. La matière reste la même substance, seul son état change. Par exemple, l'eau liquide qui gèle dans le congélateur reste de l'eau, mais elle devient solide (glace).

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1.2 Les cinq changements d'état à connaître

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🔄 Schéma des changements d'état

                   Sublimation
        ❄️ SOLIDE ─────────────────→ 💨 GAZ
          │    ↑                      ↑    │
  Fusion  │    │ Solidification       │    │ Liquéfaction
          ↓    │         Vaporisation │    ↓
        💧 LIQUIDE ──────────────────→ 💨 GAZ

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2. La température de changement d'état

2.1 Un palier de température

Quand on chauffe ou refroidit un corps pur (une seule substance), la température se stabilise pendant tout le changement d'état. On appelle cela un palier de température.

Exemple : quand on chauffe de la glace (eau pure), la température monte, puis reste bloquée à 0 °C pendant toute la fusion. Elle ne remonte qu'une fois toute la glace fondue. De même, l'eau pure bout à 100 °C (sous pression atmosphérique normale) et la température reste constante pendant l'ébullition.

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2.2 Lire un graphique de changement d'état

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📈 Graphique type : chauffage de l'eau pure

Température (°C)
    100 |               ___________  ← Palier de vaporisation (100 °C)
        |              /
        |             /
        |            /
      0 |___________/                ← Palier de fusion (0 °C)
        |
        |________________________→  Temps (min)

• Les parties en pente → la température change, pas de changement d'état.
• Les parties plates (paliers) → la température est constante, un changement d'état a lieu.

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3. Conservation de la masse et variation du volume

3.1 La masse se conserve

Lors d'un changement d'état, la masse ne change pas. Si on pèse 200 g d'eau liquide puis qu'on la congèle, on obtient exactement 200 g de glace. Aucune matière n'a été ajoutée ni perdue.

$m_{\text{avant}} = m_{\text{après}}$

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3.2 Le volume peut varier

Le volume, lui, peut changer. C'est pour cela qu'une bouteille d'eau pleine peut éclater au congélateur : l'eau augmente de volume en se solidifiant (cas particulier de l'eau !). En général, pour la plupart des substances, le volume diminue lors de la solidification.

4. Interprétation par le modèle particulaire

La matière est constituée de minuscules particules (molécules). Leur arrangement explique les changements d'état :

• Solide ❄️ : les particules sont ordonnées, serrées et vibrent sur place.
• Liquide 💧 : les particules sont proches mais désordonnées, elles glissent les unes sur les autres.
• Gaz 💨 : les particules sont très éloignées et se déplacent dans toutes les directions.

Lors d'un changement d'état :

• La nature des particules ne change pas → c'est pourquoi la masse se conserve.
• L'espace entre les particules change → c'est pourquoi le volume varie.
• Lors de la fusion, les particules s'agitent davantage et se désorganisent.
• Lors de la solidification, elles ralentissent et s'organisent.

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🔬 Modèle particulaire — Exemple de l'eau

  ❄️ SOLIDE (glace)     💧 LIQUIDE (eau)      💨 GAZ (vapeur)
  ● ● ● ●              ●  ● ●  ●            ●        ●
  ● ● ● ●    → Fusion →  ● ●  ● ●  → Vapor. →    ●      ●
  ● ● ● ●              ●  ●  ● ●              ●       ●
  (organisées,         (proches mais         (très éloignées,
   compactes)           désordonnées)         agitées)

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🧪 Protocole expérimental : mesurer le palier de fusion de la glace

1. Placer de la glace pilée dans un bécher.
2. Introduire un thermomètre dans la glace.
3. Laisser à température ambiante et relever la température toutes les minutes.
4. Noter les valeurs dans un tableau (temps / température).
5. Tracer la courbe $T = f(t)$ → observer le palier à 0 °C.

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📌 À retenir

• Les changements d'état sont : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction et sublimation. Chacun correspond au passage d'un état à un autre.
• Pour un corps pur, la température reste constante pendant un changement d'état : c'est le palier de température (0 °C pour la fusion de l'eau, 100 °C pour son ébullition).
• La masse se conserve lors d'un changement d'état ($m_{\text{avant}} = m_{\text{après}}$), mais le volume peut varier.
• Le modèle particulaire explique tout : les particules restent les mêmes (masse conservée), mais l'espace entre elles change (volume modifié).