Changements d'état

Etats

On parle de trois états: solide, liquide et gazeux.

 

Par des échanges importants d'énergie on passe d'un état à un autre, ces transitions portent un nom.

Solide à gazeux: sublimation.

Gazeux à solide: solidification.

Solide à liquide: liquéfaction.

Liquide à solide: solidification.

Liquide à gazeux: vaporisation.

Gazeux à liquide: condensation.

Macle: C'est la forme que prend un solide sous l'influence directe de l'organisation spatiale des atomes au sein de la matière qui le constitue.

Un effet important de la température

L'agitation relative des molécules au sein d'un corps n'est pas sans conséquences sur les propriétés du matériau qui le compose. En effet, plus agitées seront les molécules plus d'inertie elles possèderont et donc elles auront besoin de plus de place pour se mouvoir. De même plus la température chutera moins les molécules occuperont d'espace. Si la même quantité de matière occupe plus ou moins de place cela se traduit par un changement de la densité du matériau. En toute logique plus un corps est dilaté, pour une masse constante, moins sa densité sera importante, c'est ce qui est à l'origine de la force qui soulève les montgolfières, fabrique les nuages d'orage et permet au Gulf Stream de réchauffer les côtes de l'Europe océanique, entre autres.

Donc plus un corps est chaud, moins il est dense.

Il faut savoir que: il ne faut pas confondre densité et masse volumique (mv), car si cela se ressemble bien ce n'est pas tout à fait la même chose.
La masse volumique d'un matériau est le rapport entre le poids mesuré et le volume occupé. La mv s'exprime par exemple en grammes par centimètre cube (g/cm3).
La densité c'est un peu plus compliqué: il s'agit du rapport entre la masse volumique d'un corps et celle de l'eau pour les liquides, et de l'air pour les gaz. La densité est une grandeur, comme la dureté, elle n'a pas d'unité.

Autrement dit, si on raisonne selon cette logique, on devrait pouvoir dire:

• si l'a glace est plus froide que l'eau liquide,
• si le même corps est plus dense froid que chaud
• alors la glace est plus dense que l'eau et donc elle coule et ne flotte pas...

Pourtant elle flotte!

Pourquoi la glace flotte-t-elle?

Dans un liquide, un gaz ou un solide les molécules sont plus ou moins agitées en fonction de la quantité d'énergie qu'elles ont reçue, c'est ce qui se nomme chaleur.

La mesure de cette quantité de chaleur se traduit par la température.

En physique, l'unité de mesure de la température est le degré (°) Kelvin, la mesure se réfère au zéro absolu, on ne peux pas descendre plus bas dans l'état de nos connaissances. C'est l'état d'immobilité de la matière.

La manière coutumière de parler température fait appel aux degrés centigrades ou Celsius.

Ici l'échelle est basée sur deux états de l'eau :

• la température de fusion c'est à dire la température stabilisée d'un mélange d'eau et de glace, c'est le zéro. Comme l'eau y existe liquide et solide une phase gazeuse se développe à la surface du liquide. On parle de point triple.
• la température d'ébullition du même liquide marque le cent degrés.

Ces deux mesures à l'altitude 0, celle du niveau moyen de la mer, soit 1013 millibars.

Le degrés Kelvin est le même que le centigrade, seul le calage est différent. Le 0° C. vaut 273,15° K. et le 100° C. 373,15° K.

Il existe par ailleurs d'autres façons de quantifier la température . Particulièrement les degrés Réaumur http://fr.wikipedia.org/wiki/echelle_Réaumur tombée en désuétude et Fahrenheit unité de référence des anglo-saxons et du Commonwealth.

L'agitation relative des molécules au sein d'un corps n'est pas sans conséquences sur les propriétés du matériau qui le compose. En effet, plus agitées seront les molécules plus elles auront d'inertie et donc auront besoin de plus de place pour se mouvoir. De même plus la température chutera moins les molécules occuperont d'espace. Si la même quantité de matière occupe plus ou moins de place cela se traduit par un changement de la densité du matériau. En toute logique: plus un corps est dilaté, pour un poids constant, moins sa densité sera importante, c'est ce qui est à l'origine de la force qui soulève les montgolfières, fabrique les nuages d'orage et permet au Gulf Stream de réchauffer les côtes de l'Europe océanique.

Donc plus un corps est chaud, moins il est dense.

Pour finir, si on raisonne selon la logique on devrait pouvoir dire :

• si l'a glace est plus froide que l'eau liquide,
• si le même corps est plus dense froid que chaud
• alors la glace est plus dense que l'eau et donc elle coule et ne flotte pas...

Pourtant elle flotte!

Mystérieux phénomène que voilà.

Pour le comprendre il faut pénétrer la structure moléculaire de l'eau, et cela n'est pas si facile.

En fait il faut retenir que la molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un d'oxygène (H2O), que l'oxygène à tendance à capturer des électrons, alors que l'hydrogène cède le sien facilement. Cela créé une délocalisation des électrons et la molécule d'eau (H2O) devient un dipôle en forme grossière de V avec les H au bout des branches chargées positivement et l'O dans l'angle, porteur lui d'une charge négative qui compense celles de H cumulées.

Au sein de la glace les charges opposées vont s'organiser par affinité, les + des H avec les – des O, cela va former un réseau cristallin dans le quel les molécules se séparent le plus efficacement possible les unes des autres, cela leur fait occuper beaucoup de place. Mais la force qui cimente cet édifice est faible, et les liaisons intermoléculaires se brisent dès que la température dépasse 273,15°K (0°C!) et la glace se transforme en eau: elle fond. A cet instant les molécules se mettent à glisser les unes sur les autres, la force de tout à l'heure étant trop faible pour retenir les molécules à distance les unes des autres et l'espace entre les molécules est réduit de ce fait.

Pour faire court lors de la transformation de la glace en eau les molécules se rapprochent les unes des autres, une image: un défilé dans le quel les soldats marchent en cadence à distance règlementaire, qui se transforme en une manif dans laquelle les gens avancent les uns contre les autres. Indubitablement le groupe manifestant sera plus compact.

Voilà pourquoi la glace flotte sur l'eau.