Les États de l'Eau : De la Glace à la Vapeur !
Solide, liquide, gazeux... L'eau est une championne des transformations !
L'eau que nous buvons, la glace qui rafraîchit nos boissons, la vapeur qui s'échappe d'une casserole... c'est toujours la même substance, l'eau, mais sous différentes formes appelées états de la matière. Le passage d'un état à un autre est un changement d'état, et cela se produit à des températures bien précises. Dans cet exercice, nous allons suivre le parcours d'un glaçon qui se réchauffe et calculer ce qui se passe. 🧊💧💨
L'Aventure d'un Glaçon
Schéma des Changements d'État de l'Eau
Schéma simplifié des changements d'état de l'eau en chauffant.
Questions à traiter
- Quels sont les trois états principaux de la matière ? Donne un exemple pour chacun en utilisant l'eau.
- Nomme les changements d'état suivants :
- Passage de l'état solide à l'état liquide.
- Passage de l'état liquide à l'état gazeux.
- Passage de l'état liquide à l'état solide.
- Passage de l'état gazeux à l'état liquide.
- Températures de changement d'état de l'eau pure (sous pression atmosphérique normale) :
- À quelle température l'eau pure fond-elle (passage de glace à eau liquide) ?
- À quelle température l'eau pure bout-elle (passage d'eau liquide à vapeur d'eau) ?
- Que se passe-t-il avec la température pendant qu'un corps pur change d'état ?
- Conservation de la masse :
- Le glaçon initial a une masse de \(50 \text{ g}\). Quelle sera la masse de l'eau liquide obtenue après la fusion complète du glaçon ? Justifie ta réponse.
- Si toute cette eau liquide est ensuite transformée en vapeur d'eau, quelle sera la masse de la vapeur d'eau obtenue ?
- Si on mettait des glaçons dans un verre d'eau à température ambiante, que se passerait-il ? Décris les transferts de chaleur et les changements d'état observés.
Correction : De la Glace à la Vapeur !
Question 1 : États de la matière
Réponse :
Les trois états principaux de la matière sont :
- Solide : L'eau à l'état solide est la glace.
- Liquide : L'eau à l'état liquide est simplement appelée eau (celle que nous buvons).
- Gazeux : L'eau à l'état gazeux est la vapeur d'eau (invisible).
Question 2 : Noms des changements d'état
Réponse :
- Passage de l'état solide à l'état liquide : Fusion.
- Passage de l'état liquide à l'état gazeux : Vaporisation (qui peut être une ébullition si elle est rapide et avec des bulles, ou une évaporation si elle est lente et à la surface).
- Passage de l'état liquide à l'état solide : Solidification.
- Passage de l'état gazeux à l'état liquide : Liquéfaction (ou condensation).
Question 3 : Températures de changement d'état de l'eau
Réponse a) Température de fusion :
L'eau pure fond à \(0 \text{ °C}\) (zéro degré Celsius) sous pression atmosphérique normale.
Réponse b) Température d'ébullition :
L'eau pure bout à \(100 \text{ °C}\) (cent degrés Celsius) sous pression atmosphérique normale.
Réponse c) Température pendant un changement d'état :
Pendant qu'un corps pur change d'état (par exemple, la glace qui fond ou l'eau qui bout), sa température reste constante, même si on continue de lui fournir de la chaleur. Cette chaleur sert à briser les liaisons entre les molécules pour permettre le changement d'état, et non à augmenter la température.
Quiz Intermédiaire 1 : Le passage de la vapeur d'eau à l'eau liquide s'appelle :
Question 4 : Conservation de la masse
Réponse a) Masse de l'eau liquide après fusion :
Lors d'un changement d'état, la masse se conserve. Cela signifie que la quantité de matière ne change pas, même si son état physique change.
Si le glaçon initial a une masse de \(50 \text{ g}\), la masse de l'eau liquide obtenue après la fusion complète sera également de \(50 \text{ g}\).
Réponse b) Masse de la vapeur d'eau :
De même, si les \(50 \text{ g}\) d'eau liquide sont ensuite transformés en vapeur d'eau, la masse de la vapeur d'eau obtenue sera toujours de \(50 \text{ g}\), en supposant qu'aucune matière ne s'est échappée (par exemple, si la vaporisation a lieu dans un récipient fermé et qu'on pèse la vapeur).
Question 5 : Glaçons dans l'eau
Réponse :
Si on met des glaçons (plus froids, par exemple à \(0 \text{ °C}\) ou moins) dans un verre d'eau à température ambiante (plus chaude, par exemple à \(20 \text{ °C}\)) :
- Transfert de chaleur : Il y aura un transfert de chaleur de l'eau liquide (plus chaude) vers les glaçons (plus froids). L'eau liquide va céder de la chaleur.
- Changements d'état et de température :
- Les glaçons vont recevoir cette chaleur. Si leur température est inférieure à \(0 \text{ °C}\), elle va d'abord augmenter jusqu'à \(0 \text{ °C}\).
- Une fois à \(0 \text{ °C}\), la chaleur reçue par les glaçons va servir à leur fusion (ils vont fondre et se transformer en eau liquide). Pendant la fusion, la température des glaçons qui fondent reste à \(0 \text{ °C}\).
- L'eau liquide initialement dans le verre va perdre de la chaleur et sa température va diminuer.
- État final : Finalement, toute la glace aura fondu (si la quantité d'eau initiale était suffisante et assez chaude), et on obtiendra de l'eau liquide à une température plus basse que la température ambiante initiale, mais supérieure à \(0 \text{ °C}\) (sauf si on avait mis énormément de glace).
Quiz Intermédiaire 2 : Pendant la fusion de la glace pure, la température du mélange eau-glace :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Le passage de l'état liquide à l'état solide s'appelle :
2. À pression atmosphérique normale, l'eau pure bout à :
3. Si \(20 \text{ g}\) de glace fondent complètement, on obtient :
Glossaire des Changements d'État
- Matière
- Tout ce qui a une masse et occupe un volume (un espace).
- États de la Matière
- Les trois formes principales sous lesquelles la matière peut exister : solide, liquide et gazeux.
- État Solide
- État de la matière où les particules sont fortement liées et ordonnées. Un solide a une forme propre et un volume propre.
- État Liquide
- État de la matière où les particules sont faiblement liées et désordonnées. Un liquide prend la forme du récipient qui le contient mais a un volume propre.
- État Gazeux
- État de la matière où les particules sont très espacées, agitées et désordonnées. Un gaz occupe tout le volume disponible et n'a pas de forme propre.
- Changement d'État
- Passage d'une substance d'un état physique à un autre (ex: de solide à liquide).
- Fusion
- Passage de l'état solide à l'état liquide. Pour l'eau pure, cela se produit à \(0 \text{ °C}\).
- Solidification
- Passage de l'état liquide à l'état solide. Pour l'eau pure, cela se produit à \(0 \text{ °C}\).
- Vaporisation
- Passage de l'état liquide à l'état gazeux. Peut se produire par ébullition (rapide, à température fixe) ou par évaporation (lente, à la surface du liquide, à toute température).
- Ébullition
- Vaporisation rapide qui se produit dans toute la masse du liquide à une température fixe (température d'ébullition). Pour l'eau pure, c'est \(100 \text{ °C}\).
- Liquéfaction (ou Condensation)
- Passage de l'état gazeux à l'état liquide.
- Température de Changement d'État
- Température à laquelle un corps pur change d'état. Cette température reste constante pendant toute la durée du changement d'état.
- Conservation de la Masse
- Lors d'un changement d'état (ou d'une transformation chimique), la masse totale de la matière reste la même. La matière ne se perd pas, ne se crée pas, elle se transforme.
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