Contrôle bientôt, tu n'as jamais vu ce chapitre, et là c'est la petite panique. Respire : c'est l'une des notions les plus simples de l'année, elle tient presque en une phrase. On voit les prérequis, l'idée, la formule et un exemple. Tu ressors paré.
Les prérequis à avoir en tête (30 secondes)
Un même corps peut exister sous trois états : solide, liquide ou gaz.
Passer d'un état à un autre, c'est un changement d'état : la glace qui fond, l'eau qui bout, la buée qui se dépose...
La masse, c'est la quantité de matière ; on la mesure avec une balance, en grammes (g) ou kilogrammes (kg).
Un système fermé, c'est un récipient bien bouché : rien n'entre, rien ne sort.
L'essentiel, la formule et un exemple
La phrase à retenir : pendant un changement d'état, les molécules ne disparaissent pas et n'apparaissent pas. Il y en a toujours le même nombre.
Conséquence : dans un système fermé, la masse totale ne change pas. C'est la loi de conservation de la masse.
La formule à écrire : $m_\text{avant} = m_\text{après}$.
Piège à éviter : le volume, lui, peut changer ($V_\text{avant} \neq V_\text{après}$). Seule la masse est conservée.
Exemple express. On met $200$ g de glaçons dans un pot que l'on ferme.
On attend : toute la glace fond et devient de l'eau liquide.
On repèse : la balance affiche $m_\text{après} = 200$ g.
Conclusion : $m_\text{avant} = m_\text{après} = 200$ g, la masse est bien conservée (le volume, lui, a un peu diminué).
Ah, ça te revient : la balance, les glaçons, la fameuse loi. On reprend proprement, dans l'ordre, avec les vraies définitions et la méthode complète. Histoire que ce ne soit plus un vague souvenir mais du solide.
Les définitions à poser
Changement d'état. Transformation qui fait passer un corps d'un état à un autre. Exemples : la fusion (solide vers liquide), la vaporisation (liquide vers gaz), et dans l'autre sens la solidification (liquide vers solide) et la liquéfaction (gaz vers liquide).
Molécules. Les minuscules grains qui composent la matière. Lors d'un changement d'état, elles se réarrangent (serrées et ordonnées dans un solide, libres dans un gaz) mais leur nombre ne change pas.
Masse. La quantité de matière, mesurée à la balance en g ou kg. Elle ne dépend pas de l'état.
Système fermé / ouvert. Fermé = rien n'entre ni ne sort (récipient bouché). Ouvert = la matière peut s'échapper (récipient à l'air libre, la vapeur part).
La loi et la méthode pas à pas
La loi. Dans un système fermé, la masse totale se conserve lors d'un changement d'état : $m_\text{avant} = m_\text{après}$.
Attention : le volume, lui, peut varier ($V_\text{avant} \neq V_\text{après}$). Masse et volume sont deux grandeurs différentes.
Méthode en 4 étapes :
1. Repérer ce que l'on pèse avant et après le changement d'état.
2. Vérifier si le système est fermé (rien ne sort) ou ouvert (la vapeur peut s'échapper).
3. Si le système est fermé : appliquer directement $m_\text{avant} = m_\text{après}$.
4. Si le système est ouvert : la masse mesurée dans le récipient peut diminuer, car une partie de la matière est partie dans l'air.
Deux exemples traités
Exemple 1 — Fusion (glace vers eau liquide).
On place $200$ g de glaçons dans un récipient hermétiquement fermé.
Après fusion complète, on pèse : $m_\text{eau liquide} = 200$ g.
La masse est conservée ; seul le volume a légèrement diminué (la glace est moins dense que l'eau).
Exemple 2 — Vaporisation dans un récipient fermé.
On chauffe $300$ g d'eau dans une bouteille hermétique.
Une partie devient vapeur, mais cette vapeur reste emprisonnée dans la bouteille.
Masse totale (eau liquide + vapeur) $= 300$ g : toujours conservée.
Maintenant on met les mains dedans, ensemble. Je rédige les exemples ligne par ligne, comme si on était côte à côte : tu lis, tu hoches la tête, et à la fin la méthode tourne toute seule. Pas d'exercice piège ici, juste du on le fait ensemble.
Exemple 1 — la glace qui fond (système fermé)
Énoncé. On enferme $150$ g de glaçons dans une bouteille que l'on bouche. Une heure plus tard, toute la glace a fondu. Quelle est la masse d'eau liquide obtenue ?
Étape 1 — On repère. Avant : de la glace. Après : de l'eau liquide. C'est une fusion.
Étape 2 — Fermé ou ouvert ? La bouteille est bouchée : rien ne sort, c'est un système fermé.
Étape 3 — On applique la loi. $m_\text{après} = m_\text{avant} = 150$ g.
Conclusion. On obtient $150$ g d'eau liquide. Le volume a un peu diminué, mais la masse, elle, n'a pas bougé.
Exemple 2 — l'eau qui bout dans une bouteille fermée
Énoncé. Une bouteille hermétique contient $300$ g d'eau. On la chauffe : une partie de l'eau se transforme en vapeur, qui reste enfermée. On pèse l'ensemble (liquide + vapeur).
Étape 1 — On repère. Avant : $300$ g d'eau liquide. Après : de l'eau liquide plus de la vapeur d'eau.
Étape 2 — Fermé ou ouvert ? Bouteille hermétique : la vapeur ne peut pas sortir. Système fermé.
Étape 3 — On applique la loi. La vapeur, c'est toujours de l'eau (mêmes molécules). Donc masse totale $= 300$ g.
Bonus. Si la balance indique $220$ g de liquide restant, quelle masse de vapeur s'est formée ? On soustrait : $300 - 220 = 80$ g de vapeur.
Exemple 3 — et si le récipient est ouvert ?
Énoncé. On chauffe $500$ g d'eau dans une casserole ouverte. Après un moment d'ébullition, la balance n'affiche plus que $460$ g d'eau dans la casserole. La masse a-t-elle disparu ?
Étape 1 — On repère. Avant : $500$ g d'eau. Après : $460$ g dans la casserole.
Étape 2 — Fermé ou ouvert ? Casserole ouverte : la vapeur s'échappe dans l'air. Système ouvert.
Étape 3 — On raisonne. La masse dans la casserole a diminué de $500 - 460 = 40$ g.
Conclusion. Ces $40$ g ne sont pas détruits : ils sont partis dans l'air sous forme de vapeur. Si on pouvait peser aussi la vapeur échappée, on retrouverait $500$ g. La loi de conservation reste vraie ; en système ouvert, une partie de la matière quitte simplement le récipient.
Là on vise le sans-faute. Ce chapitre a l'air facile, et c'est justement là qu'on perd des points bêtes : masse contre volume, fermé contre ouvert, une phrase de conclusion oubliée. On blinde tout ça.
Les subtilités et les pièges classiques
Masse contre volume. Le volume change souvent lors d'un changement d'état ; la masse, elle, ne change jamais (en système fermé). Exemple : $200$ g de glace donnent $200$ g d'eau, mais la glace occupe plus de place.
La glace est-elle plus lourde que l'eau ? Non. Même masse. La glace est simplement moins dense que l'eau liquide : à masse égale, elle prend plus de volume. C'est pour ça qu'un glaçon flotte.
Fermé ou ouvert, toujours vérifier. En système ouvert, la masse mesurée diminue : ce n'est pas une violation de la loi, c'est de la matière partie dans l'air.
La vapeur a une masse. On l'oublie parce qu'elle est invisible, mais la vapeur d'eau pèse. C'est pour ça qu'en récipient fermé, liquide plus vapeur redonne la masse de départ.
Un problème type entièrement résolu
Énoncé (type brevet). Un élève place $250$ g de glace pilée dans un flacon qu'il ferme hermétiquement, puis pose le flacon sur une balance. Il laisse fondre entièrement. (a) Quelle masse lit-il après fusion ? (b) Le volume a-t-il changé ? (c) Justifie.
(a) Le flacon est fermé : le système est fermé, la masse se conserve. Donc $m_\text{après} = m_\text{avant} = 250$ g.
(b) Oui, le volume a diminué : la glace, moins dense que l'eau liquide, occupait un peu plus de place que l'eau obtenue.
(c) Justification : lors de la fusion, les molécules d'eau ne sont ni créées ni détruites ; leur nombre est conservé, donc la masse totale est conservée.
Ce que le correcteur attend, et les pièges
Ce qui rapporte les points :
Citer la condition « système fermé » AVANT d'écrire $m_\text{avant} = m_\text{après}$ : c'est cette condition qui justifie la loi.
Terminer par une phrase de conclusion claire (« la masse est conservée, elle vaut ... »).
Ne jamais confondre masse (conservée) et volume (qui peut changer).
Garder des unités cohérentes (tout en g, ou tout en kg).
Les pièges qui coûtent des points :
Écrire que la masse « disparaît » en système ouvert : dis plutôt qu'elle s'échappe dans l'air.
Dire que la glace est « plus lourde » : faux, elle est seulement moins dense.
Oublier de compter la vapeur dans le bilan d'un récipient fermé.
Tu maîtrises ? Alors on ouvre les fenêtres. Cette petite loi de 5e est en réalité l'un des piliers de toute la chimie, et elle va te resservir pendant des années. Voici où elle mène.
Les liens avec d'autres notions
La masse volumique. C'est la grandeur qui relie enfin la masse et le volume : $\rho = \dfrac{m}{V}$ (la masse divisée par le volume). Deux corps de même masse mais de masses volumiques différentes n'occupent pas le même volume : voilà pourquoi la glace, moins dense, prend plus de place que l'eau.
La conservation de l'énergie. La matière n'est pas la seule grandeur qui se conserve : l'énergie aussi. Tu retrouveras cette idée de grandeur qui se conserve dans tout le programme de physique-chimie.
Au-delà des changements d'état. La même loi vaut aussi lors des transformations chimiques : c'est le grand chapitre qui t'attend, où l'on brûle, mélange, fait réagir des corps sans jamais perdre un gramme de matière.
Pourquoi ça marche : la justification
Le modèle moléculaire. La matière est faite de molécules. Un changement d'état ne fait que changer leur arrangement : serrées et ordonnées dans le solide, un peu plus libres dans le liquide, très espacées dans le gaz. Mais leur nombre reste le même. Même nombre de molécules, donc même masse : voilà toute la démonstration.
Un peu d'histoire. Ce principe a été énoncé par le chimiste Lavoisier au XVIIIe siècle sous une formule restée célèbre : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » C'est l'un des tout premiers grands principes de la chimie moderne.
Un aperçu de l'an prochain
En 4e et 3e : les réactions chimiques. Lors d'une réaction, les atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules, mais ils ne disparaissent pas. Résultat : la masse des réactifs (avant) est égale à la masse des produits (après). C'est exactement la même loi, appliquée à un cas plus riche.
Au lycée. Tu écriras des équations de réaction équilibrées : ajuster les nombres pour qu'il y ait autant d'atomes de chaque sorte avant et après, c'est littéralement faire respecter la conservation de la masse.
Bref, la petite loi de 5e que tu viens de maîtriser est un fil rouge qui traverse toute la chimie. Bien joué.