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Chimie 6ᵉ

Ressources · 6ᵉ · Chimie

Changements d’état : températures et paliers

Les six changements d’état (fusion, solidification, vaporisation par évaporation ou ébullition, liquéfaction, sublimation, condensation solide) ; températures de changement d’état de l’eau pure ; relevés de température, courbe et palier ; corps pur ou mélange ; la masse se conserve, le volume change

À propos de cette page
Ce cours de chimie de 6e nomme les six changements d’état (fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation, condensation solide) et distingue évaporation et ébullition. Il montre comment relever la température de la glace qu’on chauffe, tracer la courbe et lire le palier à 0 °C ou 100 °C, pourquoi l’eau salée et le chocolat n’ont pas de palier net, et pourquoi la masse se conserve alors que le volume change.
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Les six changements d’état

Ce qu’il faut savoir La matière existe à l’état solide, liquide ou gazeux (revoir les trois états de la matière). Un changement d’état est le passage d’un état à un autre : la substance reste la même (la glace qui fond reste de l’eau). Il en existe six, chacun a son nom :
• solide → liquide : fusion ;  liquide → solide : solidification ;
• liquide → gaz : vaporisation ;  gaz → liquide : liquéfaction (on dit aussi condensation liquide) ;
• solide → gaz, sans passer par l’état liquide : sublimation ;  gaz → solide, sans passer par l’état liquide : condensation solide.
Les changements d’état sont réversibles : chacun a un changement inverse. On les provoque en général en chauffant (fusion, vaporisation, sublimation) ou en refroidissant (solidification, liquéfaction, condensation solide).
SOLIDELIQUIDEGAZfusionvaporisationsolidificationliquéfactionsublimationcondensation solideOn chauffe : flèches rougesOn refroidit : flèches bleues
Exemples

Du chocolat qui fond dans la main : solide → liquide, c’est une fusion.

De l’eau qui gèle dans un bac à glaçons : liquide → solide, c’est une solidification.

De la buée sur une vitre froide : la vapeur d’eau de l’air (gaz) devient des gouttes (liquide), c’est une liquéfaction.

La neige qui disparaît sans former de flaque, par temps froid et sec : solide → gaz, c’est une sublimation. Le givre sur l’herbe un matin d’hiver : gaz → solide, c’est une condensation solide.

D’autres corps changent d’état : la cire d’une bougie fond près de la flamme ; dans une fonderie, le métal liquide versé dans un moule se solidifie.

Deux façons de se vaporiser

L’évaporation est lente : elle se fait à la surface du liquide, à n’importe quelle température (une flaque sèche même en hiver). L’ébullition est rapide : des bulles de vapeur se forment dans tout le liquide, à une température fixe pour un corps pur (100 °C pour l’eau pure).

Ce qui change, ce qui ne change pas

Ce qu’il faut savoir Lors d’un changement d’état, la masse se conserve : rien n’est créé, rien ne disparaît.
Le volume, lui, peut changer. En gelant, l’eau prend plus de place : une bouteille pleine et fermée peut éclater au congélateur. Pour une même masse, la glace occupe plus de volume que l’eau liquide : c’est pourquoi un glaçon flotte. La vapeur d’eau occupe beaucoup plus de place que l’eau liquide.
Expérience : la masse change-t-elle quand la glace fond ?

Je prévois : la masse va rester la même. Je teste : je pose sur une balance un flacon fermé contenant de la glace ; la balance affiche 210 g.

J’observe : après la fusion complète, la balance affiche toujours 210 g. Je conclus : la masse s’est conservée.

Dans un récipient ouvert, l’eau qui s’évapore ou qui bout part dans l’air sous forme de vapeur : la balance indique moins, mais la matière n’a pas disparu, elle s’est dispersée dans la pièce.

Réflexe — j’écris « état de départ → état d’arrivée », puis je donne le nom du changement d’état.

Attention — la vapeur d’eau est invisible : le petit nuage blanc au-dessus d’une casserole est fait de gouttelettes d’eau liquide (liquéfaction). Ne confonds pas la buée (des gouttes : liquéfaction) et le givre (de la glace : condensation solide). Et le sucre qui disparaît dans l’eau ne fond pas : il se dissout (voir la dissolution).

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Températures, courbes et paliers

Ce qu’il faut savoir On mesure la température avec un thermomètre, en degrés Celsius (°C).
Pendant tout le changement d’état d’un corps pur, la température reste constante, même si l’on continue à chauffer ou à refroidir : sur la courbe, c’est une partie horizontale, le palier. L’énergie apportée sert alors à faire changer d’état la matière, pas à la réchauffer.
Eau pure, sous la pression atmosphérique normale : fusion et solidification à 0 °C ; ébullition à 100 °C.
Chaque corps pur a ses propres températures : l’éthanol (l’alcool) bout à 78 °C, l’étain fond à 232 °C, le fer à 1 538 °C.
Un mélange (eau salée, chocolat, cire de bougie) n’a pas de palier net : sa température continue de varier pendant le changement d’état. L’eau salée gèle en dessous de 0 °C et bout au-dessus de 100 °C.

Relever, tracer, lire : l’exemple de la glace

Exemple : on chauffe de la glace

Je prévois : la température va monter, sauf pendant la fusion. Je teste : je place de la glace pilée sortie du congélateur et un thermomètre dans un bécher, je chauffe doucement en remuant, et je relève la température chaque minute.

Temps (min)0123456789101112
Température (°C)−20−15−10−5000005101520

Je trace : le temps en abscisse (axe horizontal), la température en ordonnée (axe vertical) ; je place un point par relevé, puis je relie les points.

Température (°C)0123456789101112−20−100102030Temps (min)

J’observe et je conclus : la température reste à 0 °C de 4 min à 8 min : c’est le palier de fusion. Il dure 8 − 4 = 4 min.

Avant 4 min, l’eau est entièrement solide ; pendant le palier, glace et eau liquide sont présentes à la fois ; après 8 min, elle est entièrement liquide.

Corps pur ou mélange ?

On refroidit de l’eau pure et de l’eau salée, en relevant la température chaque minute.

Température (°C)012345678−10−505101520Temps (min)eau pureeau salée
Lecture

Eau pure (en bleu) : palier net à 0 °C, de 2 min à 6 min, pendant la solidification.

Eau salée (en rouge) : les premiers cristaux de glace apparaissent vers −2 °C, puis la température continue de baisser : pas de palier, c’est un mélange.

Autres exemples : l’huile de coco fond vers 25 °C (solide dans un placard frais, liquide en été) ; le chocolat ramollit puis coule peu à peu, sans palier net, car c’est un mélange.

Réflexe — je cherche la partie horizontale : sa température dit quel changement d’état a lieu, et « fin − début » donne sa durée.

Attention — la durée du palier se calcule avec les temps (fin − début), pas en comptant les relevés. Chauffer plus fort ou mettre plus de glace ne change pas la température du palier, seulement sa durée. Et les valeurs 0 °C et 100 °C ne valent que pour l’eau pure.

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Pour aller plus loin

Les trois états de la matière (forme propre, volume propre, gaz qui occupe tout l’espace) sont expliqués dans le chapitre États de la matière ; mesurer et comparer masses et volumes, dans le chapitre Masse et volume.

Se verra en 5e — les molécules. La matière est faite de minuscules particules, les molécules. Lors d’un changement d’état, elles s’organisent autrement, mais ce sont les mêmes et elles sont aussi nombreuses : voilà pourquoi la masse se conserve.

Se verra au cycle 4 — la pression. Les 100 °C de l’ébullition de l’eau valent sous la pression atmosphérique normale. En altitude, la pression est plus faible et l’eau bout en dessous de 100 °C (vers 85 °C au sommet du mont Blanc).

Se verra au cycle 4 — l’énergie. Une vaporisation prend de l’énergie à ce qui l’entoure : la transpiration qui s’évapore rafraîchit la peau. À l’inverse, une liquéfaction libère de l’énergie.

Le cycle de l’eau. L’eau des océans s’évapore ; dans l’air froid, la vapeur se liquéfie en gouttelettes qui forment les nuages ; elle retombe en pluie, ou en neige si elle s’est solidifiée ; la neige fond au printemps.

À retenir
  • Six changements d’état : fusion (solide → liquide), solidification (liquide → solide), vaporisation (liquide → gaz), liquéfaction (gaz → liquide), sublimation (solide → gaz), condensation solide (gaz → solide).
  • Vaporisation : évaporation (lente, en surface, à toute température) ou ébullition (bulles dans tout le liquide, à température fixe).
  • Corps pur : la température reste constante pendant tout le changement d’état, c’est le palier. Eau pure : 0 °C (fusion, solidification) et 100 °C (ébullition), sous la pression normale.
  • Courbe : temps en abscisse, température en ordonnée ; durée du palier = fin − début. Un mélange (eau salée, chocolat) n’a pas de palier net.
  • La masse se conserve ; le volume change (la glace prend plus de place que l’eau liquide).

Questions fréquentes

Quels sont les six changements d’état ?

La fusion (solide → liquide), la solidification (liquide → solide), la vaporisation (liquide → gaz), la liquéfaction (gaz → liquide), la sublimation (solide → gaz) et la condensation solide (gaz → solide). Chacun a son changement inverse.

Quelle est la différence entre évaporation et ébullition ?

Ce sont deux formes de vaporisation. L’évaporation est lente, se fait à la surface du liquide et à n’importe quelle température (une flaque qui sèche). L’ébullition est rapide : des bulles se forment dans tout le liquide, à température fixe (100 °C pour l’eau pure).

Qu’est-ce qu’un palier de température ?

C’est la partie horizontale d’une courbe de température : pendant tout le changement d’état d’un corps pur, la température reste constante, même si l’on continue à chauffer ou à refroidir. Sa durée se lit avec les temps : fin − début.

À quelle température l’eau change-t-elle d’état ?

L’eau pure fond et gèle à 0 °C, et bout à 100 °C, sous la pression atmosphérique normale. L’eau salée, qui est un mélange, gèle en dessous de 0 °C et bout au-dessus de 100 °C, sans palier net.

La masse change-t-elle lors d’un changement d’état ?

Non : la masse se conserve, rien n’est créé ni détruit (50 g de glace donnent 50 g d’eau liquide). Le volume, lui, change : la glace prend plus de place que l’eau liquide, c’est pourquoi un glaçon flotte.

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