Ressources · 6ᵉ · Chimie
États de la matière : solide, liquide, gaz
La matière et ses trois états : solide (forme et volume propres), liquide (volume propre, surface libre horizontale), gaz (occupe tout l’espace, se comprime) ; comparer les trois états ; l’eau dans la nature (glace, eau liquide, vapeur invisible, nuages et brouillard) ; matériaux naturels et fabriqués
À propos de cette page
Solide, liquide, gaz : forme et volume
• Solide : il a une forme propre et un volume propre. Il garde sa forme et son volume, quel que soit l’endroit où on le pose. On ne peut pas le comprimer.
• Liquide : il n’a pas de forme propre (il prend la forme du récipient), mais il a un volume propre (son volume ne change pas quand on le verse ailleurs). Au repos, sa surface libre est plane et horizontale. On ne peut presque pas le comprimer.
• Gaz : il n’a ni forme propre ni volume propre : il occupe tout l’espace qui lui est offert (on dit qu’il est expansible). On peut le comprimer, c’est-à-dire le serrer dans un volume plus petit. Souvent invisible, un gaz est pourtant de la matière : il a une masse.
| Solide | Liquide | Gaz | |
|---|---|---|---|
| Forme propre | oui | non | non |
| Volume propre | oui | oui | non |
| Se comprime | non | non | oui |
| Dans un récipient fermé | garde sa forme | occupe le fond, surface horizontale | occupe tout l’espace |
Une gomme posée sur la table, puis rangée dans une trousse, garde la même forme et le même volume : c’est un solide.
On verse 250 mL de jus d’orange de la bouteille dans un verre : le jus prend la forme du verre et occupe toujours 250 mL : c’est un liquide.
L’air que l’on pompe dans un ballon de basket se répartit dans tout le ballon : c’est un gaz.
Reconnaître un état par l’expérience
Je prévois : l’air va se laisser comprimer, l’eau non. Je teste : je remplis une seringue de 50 mL d’air, je bouche l’embout avec le doigt et je pousse le piston. Je recommence avec 50 mL d’eau.
J’observe : avec l’air, le piston descend jusqu’à 20 mL ; quand je le lâche, il remonte vers 50 mL. Avec l’eau, le piston ne bouge presque pas.
Je conclus : l’air, un gaz, se comprime, puis reprend tout l’espace offert ; l’eau, un liquide, ne se comprime presque pas. La seringue est bouchée : aucun air n’est sorti, sa masse n’a pas changé, seul son volume a diminué.
Réflexe — je me pose les deux questions dans l’ordre : forme propre ? volume propre ? Oui et oui : solide. Non et oui : liquide. Non et non : gaz.
Attention — le sable, le sel fin ou la farine coulent et prennent la forme du récipient, mais chaque grain garde sa forme : ce sont des solides en grains. Un solide peut être mou (la pâte à modeler garde la forme qu’on lui donne). L’aspect ne dit rien de l’état : l’eau et l’air sont tous deux transparents. Enfin, « pas de volume propre » ne veut pas dire « pas de volume » : un gaz occupe le volume de son récipient.
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Les états de l’eau dans la nature
• solide : la glace (neige, grêle, glaciers, lac gelé) ;
• liquide : l’eau liquide des mers, des rivières, de la pluie, et aussi les minuscules gouttelettes des nuages et du brouillard ;
• gazeux : la vapeur d’eau, toujours présente dans l’air. C’est un gaz incolore : elle est invisible.
Les nuages et le brouillard ne sont pas de la vapeur : ce sont de fines gouttelettes d’eau liquide (parfois de minuscules cristaux de glace) en suspension dans l’air. Le brouillard, c’est un nuage qui touche le sol.
Pendant un orage, des grêlons tombent : ce sont des billes de glace, de l’eau à l’état solide.
L’eau d’une rivière coule et prend la forme de son lit : eau à l’état liquide.
Un matin, le brouillard cache la vallée : on le voit, il est donc fait de gouttelettes d’eau liquide, pas de vapeur.
L’air de la classe contient de la vapeur d’eau, mais personne ne la voit : eau à l’état gazeux.
Aperçu : l’eau change d’état
Quand la température change, l’eau passe d’un état à l’autre : la glace peut fondre, l’eau liquide peut geler ou se transformer en vapeur, la vapeur peut redevenir liquide en se refroidissant (c’est ainsi que se forment les gouttelettes des nuages). Chacun de ces passages a un nom et se produit, pour l’eau pure, à une température précise : c’est le chapitre suivant, les changements d’état.
Réflexe — je me demande si l’eau est de la glace (solide), de l’eau liquide, même en minuscules gouttelettes, ou de la vapeur (gaz invisible). Ce qui se voit en blanc dans l’air (nuage, brouillard) n’est jamais de la vapeur.
Attention — dans la vie courante, on appelle souvent « vapeur » le petit nuage blanc au-dessus d’une boisson chaude : ce sont en réalité des gouttelettes d’eau liquide. La vraie vapeur d’eau est invisible. Et la neige, même légère et pleine d’air, est de la glace : de l’eau à l’état solide.
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Matériaux naturels et matériaux fabriqués
• Un matériau naturel est pris dans la nature, puis seulement coupé, taillé ou mis en forme. Il peut être d’origine végétale (bois, coton, liège), animale (laine, soie) ou minérale (pierre, sable).
• Un matériau fabriqué par l’être humain est obtenu en transformant des matières premières (en les chauffant, en les mélangeant, souvent en usine) : verre, papier et carton, matières plastiques, acier, béton.
| Matériau | Obtenu à partir de… | Naturel ou fabriqué |
|---|---|---|
| bois | tronc des arbres (végétal) | naturel |
| coton | fibres qui entourent les graines du cotonnier (végétal) | naturel |
| laine | poils du mouton (animal) | naturel |
| soie | fil du cocon du ver à soie (animal) | naturel |
| pierre | roches (minéral) | naturel |
| verre | sable chauffé avec d’autres produits | fabriqué |
| papier, carton | fibres de bois | fabriqué |
| matières plastiques | pétrole (surtout) | fabriqué |
| acier | fer (tiré d’un minerai) et un peu de carbone | fabriqué |
| béton | ciment, sable, graviers et eau | fabriqué |
Une table en chêne : le bois est coupé dans un tronc d’arbre, puis taillé : matériau naturel, d’origine végétale.
Un bouchon en liège : le liège est l’écorce du chêne-liège : matériau naturel, d’origine végétale.
Une bouteille en verre : on chauffe du sable avec d’autres produits pour obtenir le verre : matériau fabriqué.
Réflexe — je me demande : ce matériau existe-t-il tel quel dans la nature (on le coupe, on le taille, on le file) ? Alors il est naturel. A-t-il fallu le transformer (chauffer, mélanger, fondre) ? Alors il est fabriqué.
Attention — tout matériau fabriqué part de matières premières prises dans la nature (le verre vient du sable, le papier du bois, le plastique du pétrole) : ce qui compte, c’est la transformation. Les propriétés des matériaux (conduire la chaleur ou l’électricité, être attiré par un aimant) sont étudiées dans le chapitre Propriétés de la matière.
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Pour aller plus loin
Les changements d’état. Les noms des six passages d’un état à l’autre (fusion, solidification, vaporisation…), les températures de l’eau pure (0 °C et 100 °C) et les courbes de température sont dans le chapitre Changements d’état : températures et paliers. Chaque corps pur change d’état à des températures qui lui sont propres : c’est pourquoi, à la température d’une pièce, le fer est solide, l’éthanol (l’alcool) liquide et le diazote de l’air gazeux.
Un gaz a une masse. L’air est de la matière : un ballon gonflé pèse un peu plus que le même ballon dégonflé. La composition de l’air est étudiée dans le chapitre La composition de l’air ; mesurer un volume de liquide ou de gaz, dans le chapitre Masse et volume.
Se verra en 5e — les molécules. La matière est faite de minuscules particules. Dans un solide, elles sont serrées et bien rangées ; dans un liquide, serrées mais en désordre ; dans un gaz, très espacées : c’est pourquoi seul le gaz se comprime facilement.
- Solide : forme propre et volume propre. Liquide : volume propre, il prend la forme du récipient, surface libre plane et horizontale au repos. Gaz : ni forme ni volume propres, il occupe tout l’espace offert.
- Seul le gaz se comprime : dans une seringue bouchée, le volume d’air diminue, celui de l’eau presque pas.
- Le sable, le sel fin, la farine coulent mais restent des solides : chaque grain garde sa forme.
- L’eau existe dans la nature sous les trois états : glace (solide), eau liquide, vapeur d’eau (gaz invisible). Nuages et brouillard sont des gouttelettes d’eau liquide, pas de la vapeur.
- Un matériau naturel (bois, coton, laine, pierre) est pris dans la nature ; un matériau fabriqué (verre, papier, plastique, acier, béton) est obtenu en transformant des matières premières.
Questions fréquentes
Quels sont les trois états de la matière ?
L’état solide, l’état liquide et l’état gazeux. Un solide a une forme propre et un volume propre ; un liquide a un volume propre mais prend la forme du récipient ; un gaz n’a ni forme ni volume propres : il occupe tout l’espace offert.
Comment savoir si un échantillon est un liquide ou un gaz ?
On l’enferme dans une seringue bouchée et on pousse le piston : un gaz se comprime (le volume diminue nettement), un liquide presque pas. On peut aussi le transvaser dans un récipient fermé plus grand : un gaz le remplit entièrement, un liquide garde son volume.
Le sable est-il un liquide puisqu’il coule ?
Non. Le sable prend la forme du récipient, mais chaque grain garde sa forme et son volume : c’est un solide en grains, comme le sel fin ou la farine.
Les nuages sont-ils de la vapeur d’eau ?
Non. La vapeur d’eau est un gaz invisible. Les nuages et le brouillard, que l’on voit, sont faits de minuscules gouttelettes d’eau liquide (parfois de cristaux de glace) en suspension dans l’air.
Quelle est la différence entre un matériau naturel et un matériau fabriqué ?
Un matériau naturel est pris dans la nature et seulement mis en forme : bois, coton, laine, pierre. Un matériau fabriqué est obtenu en transformant des matières premières : le verre (à partir de sable), le papier (à partir de bois), le plastique (à partir de pétrole).
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