ETATS DE LA MATIERE

Dans quel état ?

Organisation des molécules d’eau dans les trois états physiques : - l’état solide est un état ordonné : les molécules occupent des positions presque fixes. Dans un solide, les molécules vibrent autour de leur position d’équilibre mais leur structure reste stable. C’est pourquoi les solides ont une forme propre. - l’état liquide est un état désordonné : les molécules se déplacent les unes par rapport aux autres mais occupent toujours un espace déterminé, c’est un état condensé. - l’état gazeux est un état désordonné et dispersé : les molécules sont éloignées les unes des autres et se déplacent librement.

Les particules d'un solide sont : Les particules d'un liquide sont : Les particules d'un gaz sont : Ordonnées ordonnées désordonnées rapprochées espacées liées non liées peu liées très agitées      

L'état sous lequel se trouve la matière dépend de 2 paramètres : la température et la pression Ainsi, à la pression atmosphérique normale, l'eau est : solide (glace) en dessous de 0°C liquide entre 0°C et 100°C de la vapeur d'eau au dessus de 100°C.

Pourquoi existe-t-il des nuages noirs ? Le saviez-vous ? Pourquoi existe-t-il des nuages noirs ? Car la densité de gouttelettes et de cristaux est si importante que les rayons du soleil ne peuvent traverser les nuages.

2. Changements d’état des corps purs

2.1 Propriétés des trois états

D’où vient la buée sur les vitres ? Le saviez-vous ? D’où vient la buée sur les vitres ? L’eau qui apparaît sur les vitres était déjà présente dans l’air environnant à l’état de vapeur d’eau invisible. Ces gouttelettes sont le résultat de la liquéfaction d’une partie de cette vapeur d’eau venue se déposer sur les parois froides de la vitre. Quand on augmente la température ambiante de la pièce, la température des vitres est alors inférieure à la température ambiante, donc le seuil de saturation de l’air en vapeur d’eau est atteint. Les gouttelettes d’eau se forment.

2.2 Vaporisation : Ébullition - Evaporation La vaporisation est le passage d’un corps pur de l’état liquide à gazeux. Elle peut s‘effectuer de différentes manières : - si la vaporisation est limitée à la surface du liquide, on parle d’évaporation. Exemple de l’eau de la flaque qui s’évapore et donc son niveau diminue. - si la vaporisation a lieu à l’intérieur même du liquide, c’est l’ébullition. Exemple de la casserole d’eau portée à 100°C à pression normale. Il y a alors formation de gaz par l’apparition de bulles qui agitent le liquide restant.

Pourquoi dit-on qu’une eau est gazeuse? Le saviez-vous ? Pourquoi dit-on qu’une eau est gazeuse? Les boissons gazeuses contiennent du dioxyde de carbone dissous. Une eau est gazeuse quand des bulles de gaz s'échappent du liquide. Le dégagement gazeux est plus important si l'on agite ou si l'on chauffe le liquide.

2.3 Conservation de la masse

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Qu’observez-vous ? « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Au cours d’un changement d’état d’un corps pur, la masse est conservée mais le volume varie.

Le saviez-vous ? Est-ce que le volume augmente pour n’importe quel corps pur lors de sa solidification ? Non, cette propriété fait de l’eau un cas exceptionnel par rapport aux autres substances pour lesquelles le volume diminue lors de la solidification. Vérifiez que lorsqu’on dissout de sel dans de l’eau, la masse est bien égale à la somme des masses des constituants.

Schéma de l’eau pesée

3.PROPRIETES PHYSIQUES DES GAZ

3.1. L’AIR

« Mélange de gaz contenant 78% d'azote, 21% d'oxygène, environ 1% de gaz rares. « 

L’air est un fluide… Fluide: corps liquide ou gazeux qui prend la forme de son contenant. Lorsqu’on écrase la bouteille, l’air contenue dans celle-ci s’écoule dans le ballon. L’air épouse facilement les volumes qui lui sont offerts. La fluidité de l’air permet son transvasement aisé d’un récipient à l’autre. http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub32.htm

L’air est composé de gaz divers…

L’air est inodore… En effet, si vous prenez une grande inspiration… normalement, vous ne sentez rien… vous respirez de l’air.

L’air est incolore… Quelques expériences toutes simples peuvent nous aider à visualiser la présence de l’air : Cf vidéo « le flotteur » http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub31.htm Prendre un sac plastique (non percé!), le serrer sous les poignées, puis exercer une torsion pour observer un gonflement qui révèle la présence de matière.

L’air est pesant… Dans les conditions normales de température (20°C) et de pression (1013 hPa), un litre d’air est égal à 1,2g. Sa masse volumique: 1,2g/L. 1,2Kg/m3 http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub33.htm La différence entre le poids initial et le poids final donne la masse volumique.

L’air est expansible ou se dilate… Le phénomène d’expansion correspond à l’augmentation d’un corps en volume et en surface. Le phénomène de dilatation correspond à l’augmentation des dimensions d’un solide ou volume d’un fluide sous l’action d’un agent physique. Le phénomène de détente correspond à une diminution de la pression et une augmentation du volume. Quand l’air se dilate, son volume augmente. Une bouteille plastique pleine d’air est munie d’un ballon de baudruche et exposée au soleil. Après quelques dizaines de secondes, le ballon commence à se gonfler. Le phénomène de dilation de l’air est beaucoup plus rapide et important si la bouteille est peinte en noire http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub33.htm

L’air est compressible ou se rétracte… Le phénomène de compression correspond à une pression qui peut être exercée sur un corps, en particulier sur un gaz. C’est la réduction du volume d’un gaz dans une enceinte fermée après qu’il ait été comprimé. Air comprimé: air dont on a réduit le volume par compression. La bouteille est immergée dans l’eau glacée. Il y rétractation de l’air et le ballon pénètre à l’intérieur de la bouteille. http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub33.htm

L’élasticité de l’air… L’élasticité correspond à une propriété que possèdent certains corps de retrouver leur forme initiale, quand cesse la force qui s’exerçait sur eux. L’air se dilate, se comprime et retrouve sa forme initiale (= la forme du contenant). http://meteo.education.fr/eaubonne/html/eaub33.htm Tentez l’expérience…

Les changements d’état de l’air…

Tableau récapitulatif

Questions… A votre avis, pourquoi les aliments cuisent plus rapidement dans une cocotte minute que dans une casserole ? Pourriez-vous expliquer pourquoi il est plus difficile de faire cuire un oeuf au sommet du Mont-Blanc ?

POURQUOI LA CUISSON DANS UNE COCOTTE-MINUTE EST-ELLE PLUS RAPIDE QUE CELLE DANS UNE CASSEROLE ? poignée de serrage de couvercle couvercle étanche joint en caoutchouc cuve étanche vapeur eau

Pourriez-vous expliquer pourquoi il est plus difficile de faire cuire un oeuf au sommet du Mont-Blanc ?

Comment fonctionne une montgolfière? Le saviez-vous ? Comment fonctionne une montgolfière? On réchauffe l’air, contenu dans le ballon, en brûlant du gaz propane devant l’ouverture de l’enveloppe.

3.2. LA PRESSION ATMOSPHERIQUE

Et la pression atmosphérique ? La pression, c’est quoi ? On appelle pression la force exercée sur une surface. En général, la pression se mesure en pascal (Pa) à l’aide d’un manomètre. Et la pression atmosphérique ? La pression atmosphérique est la pression de l’air en un point quelconque d’une atmosphère. Plus on s’éloigne de l’atmosphère, plus la pression atmosphérique diminue. Elle se mesure le plus souvent à l’aide d’un baromètre.

QUELQUES MESURES Sur terre, la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, dans les conditions normales de température, mesure : 1013 hPa, 760 mm de mercure, 1 atmosphère.

L’air exerce une force pressante: LA PRESSION ATMOSPHERIQUE La pression atmosphérique est la force (F exprimée en Newton) qu’exerce l’air sur tout corps (de surface S) qui s’exprime en Pascals : P(Pa) = F(N) / S(m²) Au niveau de la mer, la pression atmosphérique moyenne est de 1013hPa. L’atmosphère terrestre correspond à une couche d’air dont l’épaisseur est difficile à préciser car le nombre de molécules de gaz par mètre cube diminue progressivement avec l’altitude sans jamais totalement s’annuler. On estime toutefois que 99% de la masse d’air atmosphérique se situe entre le niveau de sol et l’altitude de 30km. La pression atmosphérique diminue en relation avec la raréfaction progressive en molécules de gaz.

QUE SE PASSE-T-IL LORSQUE L’ON VEUT OUVRIR UN NOUVEAU POT DE CONFITURE ? Il est difficile de tourner le couvercle. On peut glisser une pointe de couteau pour faire entrer l’air. Pressions du pot et de l’air sont alors identiques. En général, la  pression dans le pot est très faible par rapport à la pression de l'air (souvent l'air a été chassé au moment de la stérilisation, remplacé par de la vapeur d'eau qui a condensé).  Donc ils sont durs à ouvrir. On cherche alors parfois à soulever un tout  petit peu le couvercle sur le bord avec un couteau pour faire entrer un peu d'air. Ensuite le pot est naturellement facile à ouvrir, puisque les pressions sont égales des deux côtés du couvercle.

ET LES VENTOUSES, COMMENT CA MARCHE ? On appuie sur la ventouse. On peut aussi mouiller la ventouse pour que l’étanchéité soit plus forte. Expulsion de l’air On expulse l'air qui se trouve entre la ventouse et la surface sur laquelle la ventouse est appuyée, et l'air qui est au dehors maintient la ventouse fixée. Une ventouse, ça ne fonctionne pas dans le vide ! Evidemment, il faut que la ventouse soit étanche : que l'air ne puisse pas pénétrer par le côté. Souvent, si on mouille la ventouse, elle adhère mieux, car c'est l'eau qui assure l'étanchéité : elle fait barrage à l'air.