Quels sont les changements d'état de la matière ?
Les changements d'état de la matière font référence aux transformations que la matière subit d'un état à un autre sans changer sa composition. Ces changements se produisent lorsque la pression et/ou la température varient.
Sur Terre, les états solide, liquide, gazeux et plasmatique se manifestent naturellement. Les changements d'état qui se produisent entre ceux-ci sont : la vaporisation, la fusion, la solidification, la sublimation, la sublimation inverse, l'ionisation et la désionisation.
Voyons ce qu'ils sont, comment ils sont produits et quels sont les exemples les plus courants dans la vie quotidienne.
Solidification
A gauche : transition d'un état liquide (eau) à un état solide (glace). A droite : passage du chocolat fondu au chocolat solide, en tablette.
La solidification est le passage d'un état liquide à un état solide. Il se produit lorsque la température d'un liquide ou d'un fluide chute de manière significative.
Comment se produit la solidification ? Lorsque la température du fluide baisse, les particules se rapprochent de plus en plus les unes des autres, jusqu'à ce qu'elles deviennent si compactes que le mouvement entre elles est réduit. Cette approximation et le manque de mobilité entre les particules est ce qui donne la fermeté des solides.
Le point maximal auquel le fluide durcit est appelé point de congélation.
Exemples
- Formation de glace.
- Durcissement du chocolat.
- Durcissement des métaux en fusion (bijoux, outils de travail, etc.).
- Fabrication de savons en pain.
- Durcissement de la gélatine.
Fondre ou fondre
A gauche : transition du solide (glace) au liquide (eau). À droite : la fonte de la crème glacée Popsicle.
La fusion ou la fusion est le passage d'un état solide à un état liquide. La fusion se produit lorsque le solide est exposé à une augmentation de température.
Comment la fonte ou la fonte se produit-elle? Lorsque la température augmente considérablement, les particules de matière solide commencent à se séparer les unes des autres. Comme la séparation est plus grande, les particules gagnent plus de mouvement. Par conséquent, la matière commence à prendre un aspect fluide et perd sa forme. C'est-à-dire que le solide se transforme en liquide.
Exemples
- Dégel des calottes polaires.
- Chocolat fondu.
- Beurre fondu pour la cuisson.
- Cire de bougie fondue (paraffine).
- Fonte de glaces popsicle exposées à la chaleur de l'environnement.
Vaporisation ou évaporation
A gauche : passage d'un état liquide à un état gazeux. A droite : Casserole d'eau bouillante (en évaporation).
La vaporisation est le passage d'un état liquide à un état gazeux. La vaporisation se produit lorsqu'un liquide est exposé à une élévation de température.
Comment se produit la vaporisation ? La vaporisation est un processus qui se déroule constamment et lentement dans certains fluides, mais s'accélère lorsque le liquide atteint la point d'ébullition.
Dans ces conditions, les particules commencent à s'éloigner les unes des autres. L'interaction entre eux est rompue et, par conséquent, leur mouvement devient expansif, donnant lieu à la formation de l'état gazeux.
Exemples
- Vapeur d'eau bouillante.
- Séchage d'un sol humide.
- Évaporation de la sueur.
- Séchage du linge à l'air libre.
- Formation de nuages par évaporation d'eau terrestre.
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Condensation
A gauche : passage de l'état gazeux à l'état liquide. A droite : transpiration d'un verre d'eau glacée dans un environnement chaud.
La condensation est le passage d'un état gazeux à un état liquide. La condensation se produit lorsque la température baisse et/ou que la pression dans l'environnement augmente.
Comment se produit la condensation ? Lorsque la température baisse et/ou que la pression monte, les particules qui composent le gaz commencent à se rapprocher les unes des autres, de sorte qu'elles perdent une partie de leur mobilité. C'est ainsi que s'effectue le passage de l'état gazeux à l'état liquide.
Exemples
- La pluie.
- La transpiration d'un verre de liquide froid.
- La rosée.
- Brouillage du verre et des miroirs.
Sublimation
A gauche : passage de l'état solide à l'état gazeux. A droite : sublimation de glace carbonique.
La sublimation est le passage direct de l'état solide à l'état gazeux. Dans ce cas, il n'y a pas de passage à l'état liquide. En fait, le mot sublimation vient du latin je vais sublimer, ce qui signifie « s'élever ».
La sublimation se produit lorsqu'un solide maintenu à une température extrêmement basse entre en contact avec une température plus élevée, sous une certaine pression.
Comment se produit la sublimation ? Pour toutes les substances, il existe un point de température et de pression dans lequel l'état solide, le liquide et le gaz coexistent en équilibre, que l'on appelle point triple.
Lorsque la température de l'état solide est inférieure au point triple et que, de plus, la pression de vapeur est suffisamment basse, il n'y a pas de conditions pour la formation de liquide. Ensuite, toute contribution d'énergie (chaleur), aussi petite soit-elle, provoque la séparation brutale des particules du solide et leur expansion dans l'espace sous forme de gaz.
Par exemple, la glace sèche est un bloc solide de dioxyde de carbone (CO2) et est conservé à une température de -78°C, c'est-à-dire en dessous du point triple. Lorsque la glace carbonique est exposée à la température ambiante, à une pression inférieure à 5,2 atmosphères, elle se transforme directement en gaz. C'est la sublimation.
Exemples
- Sublimation de glace carbonique.
- Sublimation naphtalène.
- Sublimation de colorant.
- Sublimation chimique pour les médicaments.
Sublimation inverse ou dépôt
A gauche : passage de l'état gazeux à l'état solide. A droite : dépôts de neige.
La sublimation inverse consiste en le passage direct de l'état gazeux à l'état solide. La sublimation inverse est également connue sous le nom de dépôt, sublimation inverse, sublimation régressive, désublimation ou cristallisation.
Le dépôt inverse ou la sublimation se produit lorsque le gaz entre rapidement ou soudainement en contact avec des températures très basses.
Comment se produit la sublimation inverse ou le dépôt ? Lorsqu'un gaz ou une vapeur est exposé à des températures très basses et dans certaines conditions d'humidité, il perd rapidement son énergie calorifique. Ainsi, ses particules sont compactées, et il passe à l'état solide.
Exemples
- Neige.
- Formation de givre
- Des traînées d'avions dans le ciel.
- Formation de suie dans les cheminées.
Ionisation
A gauche : passage de l'état gazeux à l'état plasmatique. A droite : éclair dans un orage.
L'ionisation est le passage du gaz au plasma. Ce processus a lieu lorsqu'un gaz est chauffé.
Comment se produit l'ionisation ? Lorsqu'un gaz est chauffé, les particules qui le composent commencent à se déplacer plus rapidement et à entrer en collision les unes avec les autres. Cela augmente le niveau d'énergie, provoquant la perte des électrons les plus externes des atomes et la transformation de l'atome en ion.
Une partie de l'énergie de ces atomes et électrons peut donner naissance à des photons. Ce processus fait briller le gaz, ce qui donne naissance au plasma.
Exemples
- La foudre des orages.
- Les aurores polaires (aurores boréales et aurores australes).
- Néons.
- Téléviseurs plasma.
- Lampes à plasma.
Déionisation
A gauche : passage du plasma à l'état gazeux. A droite : procédé de soudage des métaux.
L'ionisation est le passage du gaz au plasma. C'est le processus inverse de l'ionisation. Il se produit lorsqu'un gaz chargé électriquement se refroidit.
Comment se produit l'ionisation ? Contrairement à l'ionisation, la déionisation est un processus dans lequel un gaz se refroidit, lui faisant perdre sa charge énergétique.
Exemple.
- La fumée qui est générée pendant le processus de soudage du métal.
- La fumée d'une flamme fraîchement éteinte.
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