Le changement d’état, ou changement de phase, est le passage d’un état de la matière à un autre.
La distance entre les particules d'une substance varie selon son état.
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À l'état solide, les particules sont très rapprochées les unes des autres.
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À l'état liquide, les particules sont moyennement rapprochées les unes des autres.
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À l'état gazeux, les particules sont éloignées les unes des autres.
Une substance peut passer d'un état à un autre lorsque la distance entre ses particules change. La distance entre les particules d'une substance est influencée, entre autres, par la température.
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Si la température de la substance augmente, c’est que la substance absorbe de l'énergie. Ses particules ont tendance à s'agiter et à s'éloigner les unes des autres.
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Si la température de la substance diminue, c’est que la substance dégage de l'énergie. Ses particules ont tendance à ralentir et à se rapprocher les unes des autres.
Lors d’un changement d’état, la substance absorbe ou dégage de l’énergie, mais sa nature ne change pas. C’est donc un changement physique.
Les changements d’état suivants se produisent grâce à une absorption d’énergie.
Les changements d’état suivants se produisent grâce à un dégagement d'énergie.
Il n’y a pas que la variation de la température qui permet le passage d’un état à un autre. La pression a aussi une influence sur l’état d’une substance. Une forte pression permet aux particules de rester près les unes des autres, alors qu’une faible pression leur permet de s’éloigner.
Par exemple, le propane, qui est utilisé pour le chauffage des maisons ou pour les barbecues, est à l’état gazeux lorsqu’il est à température ambiante et à pression normale. Pour optimiser son transport, on le met dans des bonbonnes sous pression pour qu’il prenne moins d’espace. Les particules sont alors comprimées les unes contre les autres et le propane passe de l’état gazeux à l’état liquide. Lorsqu’on ouvre le robinet de la bonbonne, le propane s’échappe et sa pression diminue. Il passe de l’état liquide à l’état gazeux.
La fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide. Elle se produit grâce à une absorption d’énergie.
La température à laquelle se déroule ce changement d'état est appelée température de fusion, ou point de fusion. Il s’agit d’une propriété physique caractéristique.
La glace qui fond au printemps est un exemple de fusion. Lorsque la température augmente, la glace absorbe de la chaleur (absorbe de l’énergie) et devient sous forme liquide.
La vaporisation est le passage de l’état liquide à l’état gazeux.
Lorsque la vaporisation se fait rapidement et avec un apport de chaleur, on l’appelle ébullition. La température à laquelle se déroule ce changement d'état est appelée température d’ébullition, ou point d’ébullition. Il s’agit d’une propriété physique caractéristique.
Lorsque la vaporisation se fait lentement et à température ambiante, on l’appelle évaporation. L’évaporation a lieu à une température plus basse que le point d’ébullition.
De l’eau qui bout est un exemple de vaporisation. Plus précisément, il s’agit d’ébullition, puisque la vaporisation se fait rapidement. L’eau absorbe la chaleur du poêle (absorbe de l’énergie) et elle devient à l’état gazeux.
Des vêtements mouillés qui sèchent sont un exemple de vaporisation. Plus précisément, il s’agit d’évaporation, puisque la vaporisation de l’eau se fait lentement et à une température plus basse que son point d’ébullition.
Bien que l’eau bout à 100 °C, il y a quand même de la vapeur d’eau dans l’air ambiant. C’est ce qu’on appelle l’humidité. L’air peut contenir une certaine quantité de vapeur d’eau. Tant que l’humidité de l’air n’atteint pas cette limite, l’eau aura tendance à s’évaporer. Au-delà de cette quantité, l’eau ne s’évapore plus, ou difficilement. C’est pourquoi il est plus facile de faire sécher une serviette près d’un feu à l’air sec que dans une salle de bain humide.
La sublimation est le passage de l’état solide à l’état gazeux. Elle se produit grâce à une absorption d’énergie.
La glace sèche est du gaz carbonique (CO2) sous forme solide. Le gaz carbonique est solide à une température inférieure à -78 °C et il est gazeux à une température supérieure à -78 °C. Lorsque la glace sèche est placée dans un milieu à température ambiante, elle se sublime. Elle passe directement de l’état solide à l’état gazeux, sans passer par l’état liquide. C’est pourquoi on l’appelle glace sèche.
La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide. Elle se produit grâce à un dégagement d’énergie.
L’eau qui gèle à la surface d’un lac est un exemple de solidification. La température extérieure diminue, l’eau du lac perd de la chaleur (dégage de l’énergie) et devient sous forme solide.
La condensation liquide est le passage de l’état gazeux à l’état liquide. Elle se produit grâce à un dégagement d’énergie.
La buée qui se forme sur les fenêtres est un exemple de condensation liquide. Au contact de la fenêtre froide, la vapeur d’eau contenue dans l’air perd de la chaleur (dégage de l’énergie) et devient sous forme liquide.
La condensation solide est le passage de l’état gazeux à l’état solide. Elle se produit grâce à un dégagement d’énergie.
Le givre qui se forme sur le gazon le matin est un exemple de condensation solide. Au contact du gazon froid, la vapeur d’eau contenue dans l’air perd de la chaleur (dégage de l’énergie) et devient sous forme solide.
Le diagramme de changement d’état, ou diagramme de changement de phase, d’une substance est un graphique de la température de la substance en fonction du temps dans lequel on observe des plateaux correspondant aux changements d’état.
Lorsqu’une substance est en train de changer d’état, sa température ne varie pas. Toute l’énergie absorbée ou dégagée sert à faire passer la substance d’un état à un autre.
Si on chauffe ou on refroidit une substance et qu’on note la température en fonction du temps, on observe des plateaux qui correspondent aux changements d’état. Ce diagramme permet de déterminer les températures de changement d’état d’une substance, soit le point de fusion et le point d’ébullition.
Si on chauffe de la glace dans un contenant fermé jusqu’à ce qu’elle se transforme complètement en vapeur, on obtient un graphique de la température de l’eau en fonction du temps similaire à celui-ci.
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Jusqu’à 0 °C, l’eau est à l’état solide. Elle absorbe de l’énergie (chaleur), ce qui fait augmenter sa température.
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À 0 °C, l’eau continue d'absorber de l’énergie, mais sa température ne varie pas. L’énergie absorbée lui permet de passer de l’état solide à l’état liquide. C’est la fusion. À ce moment, il y a présence à la fois d’eau solide et d’eau liquide. On peut déduire que 0 °C est la température de fusion, ou le point de fusion de l’eau.
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Entre 0 °C et 100 °C, l’eau est à l’état liquide. Elle absorbe de l’énergie, ce qui fait augmenter sa température.
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À 100 °C, l’eau continue d’absorber de l’énergie, mais sa température ne varie pas. L’énergie absorbée lui permet de passer de l’état liquide à l’état gazeux. C’est la vaporisation ou plus précisément, l’ébullition. À ce moment, il y a présence à la fois d’eau liquide et d’eau gazeuse. On peut déduire que 100 °C est la température d’ébullition, ou le point d’ébullition de l’eau.
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À plus de 100 °C, l’eau est à l’état gazeux. Elle absorbe de l’énergie, ce qui fait augmenter sa température.
Par ailleurs, si on refroidit de la vapeur d’eau dans un contenant fermé jusqu’à ce qu’elle se transforme complètement en glace, on obtient un graphique de la température de l’eau en fonction du temps similaire à celui-ci.
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Jusqu’à 100 °C, l’eau est à l’état gazeux. Elle dégage de l’énergie (perd de la chaleur), ce qui fait diminuer sa température.
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À 100 °C, l’eau continue de dégager de l’énergie, mais sa température ne varie pas. Le dégagement d’énergie lui permet de passer de l’état gazeux à l’état solide. C’est la condensation liquide. À ce moment, il y a présence d’eau gazeuse et d’eau liquide à la fois.
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Entre 100 °C et 0 °C, l’eau est à l’état liquide. Elle dégage de l’énergie, ce qui fait diminuer sa température.
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À 0 °C, l’eau continue de dégager de l’énergie, mais sa température ne varie pas. Le dégagement d’énergie lui permet de passer de l’état liquide à l’état solide. C’est la condensation solide. À ce moment, il y a présence à la fois d’eau liquide et d’eau solide.
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Sous 0 °C, l’eau est à l’état solide. Elle dégage de l’énergie, ce qui fait diminuer sa température.
Pour valider ta compréhension à propos des états de la matière de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante.
