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
Les six changements d’état
• 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).
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
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.
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
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
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) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Température (°C) | −20 | −15 | −10 | −5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
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.
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.
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.
- 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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