Changements d'état de la matière

Fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction : la matière change de forme, jamais de nature.

1 L'idée

La matière peut exister sous trois états physiques : solide, liquide et gazeux. Un changement d'état est une transformation au cours de laquelle la matière passe d'un état à un autre.

C'est une transformation physique (et non chimique) : la nature de la matière ne change pas. La glace, l'eau liquide et la vapeur d'eau sont trois états de la même matière.

Pour passer à un état moins ordonné (solide → liquide → gaz), on doit apporter de la chaleur. Pour l'inverse, on doit retirer de la chaleur (refroidir).

2 Les quatre changements d'état

Fusion

$\text{solide} \xrightarrow{\text{chauffer}} \text{liquide}$

Solidification

$\text{liquide} \xrightarrow{\text{refroidir}} \text{solide}$

Vaporisation

$\text{liquide} \xrightarrow{\text{chauffer}} \text{gaz}$

Liquéfaction

$\text{gaz} \xrightarrow{\text{refroidir}} \text{liquide}$

3 L'eau — les repères à connaître

Températures de changement d'état de l'eau (pression atmosphérique normale)

Fusion et solidification à $0\,^{\circ}\text{C}$ : la glace fond ou l'eau gèle.

Vaporisation et liquéfaction à $100\,^{\circ}\text{C}$ : l'eau bout ou la vapeur se condense.

Le palier de température

Pendant un changement d'état, la température reste constante : c'est le palier.

Exemple : on chauffe de la glace ; tant que la fusion n'est pas terminée, le thermomètre affiche $0\,^{\circ}\text{C}$ même si on continue à chauffer.

4 Conservation de la masse

Lors d'un changement d'état, la masse est conservée : la quantité de matière ne change pas, même si l'état change.

Exemple : $200\,\text{g}$ de glace donnent exactement $200\,\text{g}$ d'eau liquide après fusion complète.

Attention : le volume, lui, peut changer (la glace occupe plus de place que la même masse d'eau liquide).

Méthode — Lire une courbe de température

Repérer les parties inclinées de la courbe : la température monte ou descend, la matière est dans un seul état.
Repérer le palier (partie horizontale) : un changement d'état est en cours à température constante.
Lire la valeur du palier : c'est la température du changement d'état.
Regarder le sens : courbe chauffante → fusion ou vaporisation ; courbe refroidissante → solidification ou liquéfaction.

Erreurs fréquentes

Confondre vaporisation et liquéfaction : vaporisation = liquide → gaz ; liquéfaction = gaz → liquide.
Croire que la température continue de monter pendant le changement d'état : elle est constante (palier).
Croire que la masse change lors d'un changement d'état : elle est toujours conservée.
Confondre changement d'état (physique) et réaction chimique : après un changement d'état, on retrouve exactement la même substance.