CARACTERISTIQUES DE LA MATIERE
Les états de la matière
La matière se présente sous trois états : l’état solide, l’état liquide et l’état gazeux.
Etat solide
- Les solides possèdent une forme et un volume propres.
- Les solides sont incompressibles :
- Certains solides sont élastiques :
Etat liquide
-Les liquides prennent la forme du vase qui les contient.
- Les liquides sont incompressibles :
- Les liquides sont inextensibles :
Etat gazeux
- Les gaz sont expansibles : ils occupent tout l’espace qui lui est offerts.
- Les gaz sont compressibles : on peut réduire le volume de l’air dans un ballon gonflé.
-& Les gaz sont élastiques : quand on lâche la poignée d’une pompe compressée, l’air repousse le piston et le ramène a son point de départ.
Remarque : les liquides et les gaz sont des fluides parce qu’ils peuvent « couler ».
Les changements d’états
Un même corps peut se présenter sous les trois formes. Par exemple, l’eau liquide se transforme par solidification en glace et par vaporisation en un gaz : la vapeur d’eau. Cette vapeur d’eau, par condensation ou liquéfaction, redevient de l’eau liquide. La glace (eau solide) se transforme par fusion en eau liquide.
Les changements d’état dépendent de la température et de la pression
Température de changement d’état
On appelle température de changement d’état d’un corps, la température à laquelle ce corps passe d’un état physique a un autre.
-température de fusion
-température d’ébullition ou de vaporisation
-température de solidification.
Transformation physique
Une transformation physique est un phénomène au cours duquel il n’y a ni création, ni disparition de la matière.
Exemple :
- La fusion de la glace en eau
- La dilution du sucre dans l’eau.
Corps purs et mélanges
Corps purs
Un corps pur est un corps dont on ne peut pas séparer les différents constituants
Exemple : eau distillée, cyclohexane
Obtention de l’eau distillée
Mélanges
Un mélange est composé de plusieurs substances mélangées physiquement sans réaction chimique.
Il existe les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes :
- Un mélange homogène a un aspect uniforme, on ne distingue pas les constituants à l’œil nu.
Exemple : eau salée
- Un mélange hétérogène laisse apparaître plusieurs phases ou éléments visibles.
Exemple : eau des rivières.
Remarques :
-Une eau pure (eau distillée) est différente d’une eau potable. En effet, l’eau que nous buvons contient des sels minéraux et des gaz dissous qui lui donne sa saveur et la rend plus digeste : c’est un mélange.
-L’air « pur » que nous allons respirer en campagne est en fait un mélange d’oxygène, d’azote et des gaz rares.
-l’eau salée est un mélange.
Critères de pureté d’un corps
Le critère de pureté d’un corps est une grandeur physique caractéristique de ce corps et qui ne change pas.
Parmi les critères de pureté, on trouve :
-température de changement d’état : température d’ébullition, température de solidification, température fusion,
-constantes physiques : masse volumique, densité, solubilité, chaleur massique etc.
Pour un corps pur,
- la température reste constante au cours d’un changement d’état, ce qui se traduit graphiquement par un palier de température.
-A une pression donnée, la température de fusion est égale à la température de solidification, la température d’ébullition est égale a la température de liquéfaction,
Exemples :
1-Cas de la solidification de l’eau pure
Courbe de solidification de l’eau pure
-A t=0, l’eau est liquide la température est a plus de 15 degrés.
-A t=4 min, l’eau commence à se solidifier, la température est 0 degré.
-Entre 4 et 8 mn, la température reste fixe à 0 degré. On observe un palier de température.
-A t>8 mn, l’eau devient solide(glace)
Le palier montre que la température reste constante, c.-à-d. qu’aussi longtemps que l’intégralité du corps n’a pas changé d’état, la température reste fixe. Pour un corps pur, un changement d’état se fait lors d’un palier de température.
3-Cas de la solidification de l’eau salée
Courbe de solidification de l'eau salée
Ces informations permettent de mieux comprendre le comportement de l'eau salée lors de sa solidification.
4-Cas de la solidification du cyclohexane
Courbe de solidification du cyclohexane
Il s'agit du changement d'état d'un corps pur, car la courbe montre une transition claire entre les états sans plateaux irréguliers, ce qui indique une pureté. Le cyclohexane commence à se solidifier à 6°C, où la température commence à descendre et où l'état passe de liquide à solide.
Conductibilité électrique et dureté des matériaux
Conductibilité
La conductibilité électrique est la propriété des matériaux de transmettre l’électricité.
On appelle :
-conducteurs, les matériaux qui ont une conductibilité élevée.
Exemples : le fer, le cuivre et presque tous les métaux.
-isolants, les matériaux qui ont une conductibilité faible.
Exemples : le bois sec, plastique.
Dureté
La dureté d’un matériau est sa capacite à résister à la pénétration d’un objet extérieur.
Alliages
Les alliages s’obtiennent en mélangeant, à l’état liquide, un métal pur avec un ou plusieurs autres métaux, ou avec des corps purs non métalliques.
Exemples :
-acier : composé du fer et moins de 2% de carbone,
-fonte : composé du fer et entre 2,1 et 6,67% de carbone,
-bronze : composé de cuivre et de 5 à 25% d’étain.
La formation des alliages répond à deux préoccupations :
-améliorer les propriétés mécaniques des métaux,
-lutter contre la corrosion
Les alliages sont des bons conducteurs d’électricité.
La dureté des alliages est plus grande que celle des métaux purs (fer, cuivre, zinc, et aluminium).
EXERCICES
EXERCICE I :
On vous donne plusieurs liquides dans des béchers. Parmi eux, lesquels sont des corps purs et lesquels sont des mélanges ?
- A : Eau distillée
- B : Eau sucrée (eau + sucre)
- C : Alcool à 90%
- D : Huile d’olive
- E : Jus de fruits industriel
Questions :
1. Classez chaque liquide en corps pur ou mélange.
2. Expliquez brièvement pourquoi.
On dispose des échantillons suivants :
1. Eau de mer
2. Glucose pur
3. Air (dans une bouteille)
4. Lait entier
5. Eau déminéralisée
Questions :
a) Pour chaque échantillon, dites s’il s’agit d’un corps pur ou d’un mélange.
b) Expliquez pourquoi.
EXERCICE III – Mélanges homogènes ou hétérogènes ?
Observe les situations suivantes et indique pour chacune :
- Si c’est un mélange homogène ou hétérogène
- Quels sont les constituants
1. De l’eau sucrée obtenue en mélangeant du sucre dans de l’eau.
2. Du sable mélangé à de l’eau.
3. Un sirop de menthe versé dans un verre d’eau.
4. Une vinaigrette (huile + vinaigre).
5. Une limonade avec des bulles visibles.
Questions :
a) Classe les mélanges en deux colonnes : homogènes / hétérogènes.
b) Explique pourquoi certains mélanges sont homogènes alors que d’autres sont hétérogènes.
c) Donne un exemple de mélange homogène utilisé dans la vie quotidienne.
EXERCICE IV– Identifier le type de mélange
Lis les situations suivantes et réponds aux questions.
1. Paul verse une cuillère de sel dans un verre d’eau et remue.
2. Fatou met du lait dans son café.
3. En classe, on mélange de la farine et de l’eau.
4. Un élève secoue une bouteille contenant de l’huile et de l’eau.
5. Une élève ouvre une bouteille de soda.
Questions :
a) Pour chaque situation, indique s’il s’agit d’un mélange homogène ou hétérogène.
b) Donne la définition d’un mélange homogène et d’un mélange hétérogène.
c) Propose un moyen simple de reconnaître un mélange hétérogène.
EXERCICE V : Température de changement d’état
On réalise une expérience pour étudier la fusion de deux substances :
- Tube A : contient de la glace pure.
- Tube B : contient un mélange de glace et de sel.
Les deux tubes sont chauffés lentement, et on note la température toutes les minutes.
Temps (min) | Température Tube A (°C) | Température Tube B (°C) |
|-------------|--------------------------|--------------------------|
| 0 | -5 | -10 |
| 1 | -2 | -8 |
| 2 | 0 | -5 |
| 3 | 0 | -2 |
| 4 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 2 |
Questions :
1. Quelle est la température de fusion de la glace pure ?
2. Le mélange glace + sel fond-il à température constante ?
3. Pourquoi la température du Tube B augmente progressivement pendant la fusion ?
4. Peut-on parler de température de changement d’état pour un mélange ? Justifie
EXERCICE VI : Étude d’un mélange eau + sucre
Un élève prépare deux béchers identiques :
- Bécher A contient uniquement de l’eau pure.
- Bécher B contient de l’eau salée (mélange eau + sucre dissous).
Il place les deux béchers au congélateur.
Il mesure la température toutes les minutes pendant 20 minutes.
Tableau des températures observées :
| Temps (min) | Bécher A (°C) | Bécher B (°C) |
|-------------|---------------|----------------|
| 0 | 20 | 20 |
| 2 | 15 | 15 |
| 4 | 10 | 9 |
| 6 | 5 | 3 |
| 8 | 0 | -1 |
| 10 | 0 | -2 |
| 12 | 0 | -3 |
| 14 | 0 | -4 |
| 16 | 0 | -5 |
| 18 | 0 | -6 |
| 20 | -1 | -7 |
Questions :
1. Quelle est la température de solidification de l’eau pure ?
2. Le mélange eau + sucre gèle-t-il à température constante ?
3. Que peut-on dire de la température de changement d’état pour un mélange ?
4. Pourquoi la température du Bécher B descend plus bas que celle de l’eau pure
EXERCICE VII– L’eau salée et la congélation
Une scientifique remplit deux tubes à essai :
- Tube A : contient de l’eau pure.
- Tube B : contient un mélange d’eau + sel (eau salée).
Les deux tubes sont placés dans un congélateur à –10 °C. Elle observe :
- Le tube A commence à geler à 0 °C.
- Le tube B reste liquide jusqu’à environ –5 °C.
Questions :
1. Quelle est la température de congélation de l’eau pure ?
2. Quelle est l’influence du sel sur la température de congélation ?
3. Peut-on dire que le mélange a une température de changement d’état fixe ? Pourquoi ?
4. Pourquoi met-on du sel sur les routes en hiver ?