Matière · Cinquième
Les changements d’état : fusion, solidification, vaporisation, palier de température
Cours de 5e sur les changements d’état : les six changements, palier de température à 0 °C et 100 °C, masse conservée, volume de la glace, cycle de l’eau, exercices.
Réponse en 30 secondes
Un changement d’état est le passage d’un état physique à un autre : fusion (solide → liquide), solidification, vaporisation (liquide → gaz), liquéfaction, sublimation et condensation. Pour un corps pur, il se fait à température constante (0 °C et 100 °C pour l’eau) ; la masse se conserve, le volume change.
La même eau, trois visages
Un glaçon dans un verre, l’eau du robinet, la buée sur une vitre froide : c’est la même substance, l’eau, sous trois états physiques différents. Le glaçon est solide, dur et de forme fixe ; l’eau du verre est liquide, elle coule et prend la forme du récipient ; la vapeur d’eau est un gaz, invisible, qui occupe tout l’espace disponible. Passer de l’un à l’autre s’appelle un changement d’état.
Ces passages sont partout : la neige qui fond au printemps, la casserole qui bout, le linge qui sèche, le givre du matin, les nuages, la rosée, le congélateur. Ils sont aussi au cœur de la technique : la métallurgie fait fondre les métaux, la distillation vaporise puis liquéfie, le réfrigérateur pompe la chaleur grâce à un fluide qui change d’état en boucle.
Le programme de 5e demande de connaître les noms des six changements d’état, de savoir qu’un changement d’état d’un corps pur se fait à température constante (le palier), de connaître les températures de fusion et d’ébullition de l’eau, et de comprendre que la masse se conserve alors que le volume change. Cette page suit ce programme, avec l’expérience de référence, la fusion de la glace, et ses applications.
Les six changements d’état
La matière existe sous trois états : solide, liquide, gaz. Entre ces trois états, il y a six passages possibles, chacun portant un nom précis. Les connaître, c’est le premier objectif du chapitre, et c’est un vocabulaire souvent malmené dans la vie courante.
- La fusion : le solide devient liquide. La glace fond, le beurre fond dans la poêle, le métal fond dans le four du fondeur. Ne pas confondre avec la dissolution : le sucre ne « fond » pas dans le café, il se dissout.
- La solidification : le liquide devient solide. L’eau gèle (on dit aussi congélation pour l’eau), la lave se solidifie, la cire de bougie durcit.
- La vaporisation : le liquide devient gaz. Elle prend deux formes, l’évaporation en surface et l’ébullition dans tout le volume, détaillées plus bas.
- La liquéfaction : le gaz devient liquide. La buée sur la vitre, la rosée du matin, les gouttes sur une canette froide : la vapeur d’eau de l’air se liquéfie au contact d’une surface froide. On dit aussi condensation liquide.
- La sublimation : le solide devient directement gaz, sans passer par le liquide. La glace carbonique (CO₂ solide, −78,5 °C) qui « fume » sur scène ; la neige qui disparaît par temps sec et glacial sans fondre ; les boules antimites qui rétrécissent.
- La condensation (ou condensation solide) : le gaz devient directement solide. Le givre sur les voitures un matin d’hiver, les cristaux de glace qui se forment dans un congélateur : la vapeur d’eau de l’air se dépose en glace sans passer par l’eau liquide.
On remarque que les trois changements « vers la droite » demandent d’apporter de l’énergie (on chauffe) et les trois « vers la gauche » d’en retirer (on refroidit). C’est pour cela que la transpiration rafraîchit (l’évaporation de la sueur prend de la chaleur à la peau) et qu’un sac de glace refroidit une boisson (la fusion de la glace prend de la chaleur à la boisson).
La fusion de la glace : le palier de température
C’est l’expérience de référence du chapitre. On sort de la glace pilée du congélateur (vers −15 °C), on la place dans un bécher avec un thermomètre, on la laisse se réchauffer à l’air de la salle (ou au bain-marie tiède) et l’on relève la température toutes les 30 secondes.
Protocole : tracer la courbe de fusion de la glace
- Remplir un bécher de glace pilée sortant du congélateur ; y plonger un thermomètre (ou une sonde) sans toucher les parois. Noter la température initiale (négative).
- Laisser le bécher à température ambiante, ou dans un bain-marie à 30 °C pour aller plus vite. Agiter doucement de temps en temps.
- Relever la température toutes les 30 s dans un tableau, en notant en face l’état du contenu : glace seule, glace + eau, eau seule.
- Tracer la courbe température = f(temps) : temps en abscisse, température en ordonnée, points reliés à la main.
- Repérer les trois parties de la courbe et lire la température du palier. Conclure sur la température de fusion de la glace.
La courbe a trois parties. Au début, la glace seule se réchauffe : sa température monte régulièrement de −15 °C vers 0 °C. Puis, dès que la première goutte d’eau apparaît, la température se bloque à 0 °C et n’en bouge plus pendant plusieurs minutes, alors que l’on continue de chauffer : c’est le palier de fusion. Pendant ce palier, le bécher contient un mélange de glace et d’eau, dont la proportion change (de plus en plus d’eau, de moins en moins de glace) mais dont la température ne change pas. Enfin, quand la dernière parcelle de glace a disparu, l’eau liquide seule se réchauffe et la température remonte.
Pourquoi ce palier ? Parce que fondre coûte de l’énergie. Dans la glace, les molécules d’eau sont rangées en un réseau ordonné et se tiennent fermement ; pour les libérer et les laisser couler les unes sur les autres, il faut leur fournir de l’énergie. Pendant le palier, toute la chaleur apportée sert à défaire ce réseau, molécule après molécule, et il n’en reste rien pour élever la température. Cette énergie est considérable : faire fondre 1 kg de glace à 0 °C demande 334 kJ, autant que pour chauffer 1 kg d’eau de 0 °C à 80 °C.
La même expérience en sens inverse, refroidir de l’eau dans un mélange réfrigérant (glace + sel, vers −15 °C), donne la courbe symétrique : l’eau se refroidit jusqu’à 0 °C, reste à 0 °C pendant toute la solidification, puis la glace formée continue de se refroidir. La température de solidification est la même que la température de fusion : 0 °C pour l’eau pure.
Ébullition et évaporation
La vaporisation est le passage du liquide au gaz. Elle peut se faire de deux manières très différentes, qu’il faut savoir distinguer.
L’ébullition se produit dans tout le volume du liquide : des bulles de vapeur se forment au fond et sur les parois, grossissent, montent et éclatent en surface. Elle a lieu à une température précise, la température d’ébullition, qui vaut 100 °C pour l’eau pure sous la pression atmosphérique normale (1 013 hPa). Pendant l’ébullition, la température de l’eau reste bloquée à 100 °C : c’est un second palier, celui de vaporisation. On a beau augmenter le feu sous la casserole, l’eau ne dépasse pas 100 °C ; elle bout simplement plus vite. Vaporiser 1 kg d’eau à 100 °C demande 2 257 kJ, près de sept fois plus que pour la faire fondre.
L’évaporation se produit à la surface seulement, sans bulles, et à toute température : une flaque sèche à 15 °C, le linge sèche sur le fil, la mer s’évapore sous le soleil, la transpiration s’évapore sur la peau. Elle est d’autant plus rapide que la température est élevée, que la surface est grande, que l’air est sec et qu’il y a du vent : un torchon étendu sèche plus vite qu’en boule, plus vite au soleil qu’à l’ombre, plus vite dehors qu’en salle de bains humide.
| Situation | Type de vaporisation | Où ? | Température | Vitesse |
|---|---|---|---|---|
| Casserole d’eau sur le feu | ébullition | dans tout le volume (bulles) | 100 °C | rapide |
| Linge qui sèche | évaporation | en surface | température ambiante | lente |
| Flaque après la pluie | évaporation | en surface | température ambiante | lente |
| Transpiration | évaporation | à la peau | 37 °C | lente, rafraîchit |
| Cocotte-minute | ébullition sous pression | dans tout le volume | environ 120 °C | rapide |
| Eau au sommet du mont Blanc | ébullition | dans tout le volume | environ 85 °C | rapide |
La température d’ébullition dépend de la pression. En montagne, l’air est moins dense et la pression plus basse : l’eau bout à 95 °C à 1 500 m, à 85 °C à 4 800 m ; les pâtes y cuisent plus lentement parce que l’eau est moins chaude. Dans une cocotte-minute, la vapeur enfermée fait monter la pression à près de 2 bars et l’eau bout vers 120 °C : les aliments cuisent deux à trois fois plus vite. Dans le vide spatial, l’eau bout à n’importe quelle température, même froide.
Exemple 1 — Que se passe-t-il dans la casserole ?
On chauffe 1 L d’eau du robinet à 20 °C sur une plaque. Décrire l’évolution de la température et ce que l’on observe.
De 20 °C à 100 °C : la température monte régulièrement ; de petites bulles d’air dissous apparaissent vers 50–60 °C (ce n’est pas encore l’ébullition). Vers 100 °C : de grosses bulles de vapeur d’eau se forment au fond, montent et éclatent ; c’est l’ébullition. La température reste à 100 °C (à peu près, l’eau du robinet n’étant pas parfaitement pure) tant qu’il reste de l’eau, même si l’on augmente le feu. Le niveau baisse : l’eau se transforme en vapeur invisible ; le « nuage » blanc au-dessus de la casserole est déjà de la vapeur liquéfiée en fines gouttelettes au contact de l’air froid.
La masse se conserve, le volume change
Quand 100 g d’eau gèlent, on obtient 100 g de glace : la masse se conserve lors d’un changement d’état, parce que ce sont exactement les mêmes molécules, ni plus ni moins, qui changent seulement d’arrangement. On le vérifie en pesant une bouteille fermée avant et après congélation : la balance affiche la même valeur.
Le volume, lui, change. Pour la plupart des substances, le solide est plus compact que le liquide : la cire, le beurre, le métal fondu se contractent en se solidifiant. L’eau fait exception : la glace occupe environ 9 % de volume en plus que l’eau liquide qui l’a formée, parce que les molécules d’eau se rangent dans la glace selon un réseau hexagonal qui laisse plus de vide qu’à l’état liquide. C’est pourquoi la glace flotte sur l’eau, et pourquoi une bouteille pleine et fermée éclate au congélateur.
Le lien entre les deux passe par la masse volumique, étudiée sur sa propre page : l’eau liquide a une masse volumique de 1,00 g/cm³, la glace de 0,92 g/cm³. Le volume occupé par une masse donnée se calcule par :
Pour 100 g : eau liquide V = 100 / 1,00 = 100 cm³ ; glace V = 100 / 0,92 ≈ 109 cm³. La différence, 9 %, est celle que l’on lit sur la figure et celle qui fait éclater les canalisations en hiver.
Exemple 2 — La bouteille au congélateur
Une bouteille de 1,5 L est remplie à ras bord d’eau et fermée. Quel volume la glace voudrait-elle occuper ? Que se passe-t-il ?
Masse d’eau : 1,5 L = 1 500 cm³ à 1,00 g/cm³, soit 1 500 g. Après congélation, même masse ; volume de glace V = 1 500 / 0,92 ≈ 1 630 cm³, soit 130 cm³ de plus que la bouteille. La glace n’a pas la place : elle déforme une bouteille en plastique, fait éclater une bouteille en verre. Même phénomène pour les canalisations gelées, les roches fissurées par le gel (gélifraction) et les cellules des plantes détruites par une nuit de gel.
Exemple 3 — Le glaçon qui fond dans le verre
Un verre est rempli d’eau à ras bord avec un glaçon qui flotte et dépasse. Le glaçon fond. Le verre déborde-t-il ?
Non. Le glaçon flottant déplace un volume d’eau dont la masse est égale à la sienne (principe d’Archimède). En fondant, il donne exactement cette masse d’eau, qui occupe exactement le volume immergé du glaçon : le niveau ne bouge pas. La partie qui dépassait correspondait aux 9 % de volume en trop de la glace, qui disparaissent à la fusion. Ce raisonnement explique pourquoi la fonte des icebergs (glace flottante) n’élève pas le niveau des mers, alors que la fonte des glaciers continentaux (glace posée sur la terre) l’élève.
Températures de changement d’état de quelques corps purs
Chaque corps pur a ses températures de fusion et d’ébullition, fixes à pression donnée. Elles servent à l’identifier et déterminent son état à la température ambiante : à 20 °C, une substance dont la température de fusion est supérieure à 20 °C est solide ; si sa température d’ébullition est inférieure à 20 °C, elle est gazeuse ; entre les deux, elle est liquide.
| Corps pur | Température de fusion (°C) | Température d’ébullition (°C) | État à 20 °C |
|---|---|---|---|
| Dioxygène | −219 | −183 | gaz |
| Diazote | −210 | −196 | gaz |
| Butane | −138 | −0,5 | gaz |
| Éthanol (alcool) | −114 | 78 | liquide |
| Mercure | −39 | 357 | liquide |
| Eau | 0 | 100 | liquide |
| Cire de bougie (paraffine) | 50 à 60 | environ 370 | solide |
| Plomb | 327 | 1 749 | solide |
| Aluminium | 660 | 2 519 | solide |
| Sel (chlorure de sodium) | 801 | 1 465 | solide |
| Or | 1 064 | 2 856 | solide |
| Fer | 1 538 | 2 861 | solide |
| Dioxyde de carbone | se sublime à −78,5 (sous 1 013 hPa) | — | gaz |
Source : CRC Handbook of Chemistry and Physics, 104e édition, sous 1 013 hPa. Le dioxyde de carbone n’existe pas à l’état liquide à la pression atmosphérique : la glace carbonique passe directement du solide au gaz.
Ce tableau explique bien des choses du quotidien. Le butane des briquets bout à −0,5 °C : il est liquide sous pression dans le briquet, et devient gaz dès qu’il en sort ; par grand froid, un briquet ne fonctionne plus, le butane restant liquide. Le mercure est le seul métal liquide à température ambiante, d’où son usage historique dans les thermomètres. Le plomb fond dans une simple casserole (327 °C), ce qui a fait sa fortune chez les Romains et les plombiers ; le fer demande un haut fourneau. L’azote liquide (−196 °C) sert à congeler instantanément et à conserver les cellules.
Le cycle de l’eau
Les changements d’état de l’eau se produisent en permanence à l’échelle de la planète : c’est le cycle de l’eau, moteur de la météo et des rivières.
Sous l’effet du Soleil, l’eau des océans, des lacs et des sols s’évapore : environ 500 000 km³ par an. La vapeur d’eau, invisible, monte avec l’air chaud, se refroidit en altitude et se liquéfie en gouttelettes microscopiques : ce sont les nuages, qui ne sont donc pas de la vapeur mais de l’eau liquide (ou de la glace, en haute altitude, par solidification ou condensation). Quand les gouttelettes grossissent, elles tombent : pluie, ou neige et grêle si la température est négative. Au sol, l’eau ruisselle vers les rivières et l’océan, s’infiltre dans les nappes souterraines, ou est reprise par les plantes qui la transpirent. La boucle est bouclée : la même eau tourne depuis des milliards d’années, et le verre que vous buvez a peut-être été bu par un dinosaure.
Le cycle de l’eau est aussi un gigantesque transport d’énergie : l’évaporation à la surface des océans tropicaux absorbe de la chaleur, que la liquéfaction dans les nuages restitue en altitude et sous d’autres latitudes. C’est ce qui alimente les orages, les cyclones et, plus paisiblement, la douceur des climats océaniques.
Exemple 4 — Nommer les changements d’état d’une journée d’hiver
Le matin, il y a du givre sur les voitures. À midi, le givre a disparu et les flaques sont sèches. Le soir, de la buée se forme sur les vitres de la cuisine. La nuit, l’eau du bac à oiseaux gèle.
Givre du matin : condensation (vapeur d’eau de l’air → glace, directement). Disparition du givre au soleil : sublimation si l’air est très froid et sec, sinon fusion puis évaporation. Flaques sèches : évaporation. Buée sur les vitres : liquéfaction (vapeur → gouttelettes sur le verre froid). Bac qui gèle : solidification. Une seule journée fait passer l’eau par cinq des six changements d’état.
Un peu d’histoire
Le palier de fusion est à l’origine de l’échelle Celsius : en 1742, Anders Celsius propose de repérer les températures entre deux points fixes reproductibles partout, la fusion de la glace et l’ébullition de l’eau, en les fixant d’abord à 100 et 0, puis, après lui, à 0 et 100. Il faut que ces températures soient constantes pour qu’elles servent d’étalon : c’est exactement la propriété du palier d’un corps pur. Fahrenheit, en 1724, avait choisi le mélange glace-sel et la température du corps ; Réaumur, en 1730, la glace et l’ébullition avec 80 degrés entre les deux.
La chaleur latente, l’énergie qui fait fondre sans réchauffer, est découverte par Joseph Black vers 1760 : il remarque que la neige fond lentement même quand l’air est doux, alors qu’elle devrait disparaître en quelques minutes si la fusion ne demandait que d’atteindre 0 °C. Il mesure la quantité de chaleur nécessaire et l’appelle « latente » (cachée) parce qu’elle ne se lit pas au thermomètre. James Watt, son collègue à Glasgow, en tire la machine à vapeur à condenseur séparé.
La sublimation de la glace carbonique est observée en 1835 par Charles Thilorier, qui obtient pour la première fois du CO₂ solide. La liquéfaction des gaz (dioxygène en 1877 par Cailletet et Pictet, hydrogène en 1898 par Dewar, hélium en 1908 par Kamerlingh Onnes) ouvre la physique des très basses températures et, aujourd’hui, l’industrie des gaz liquides.
Les erreurs classiques
Dire que le sucre « fond » dans l’eau. Il se dissout. La fusion est un changement d’état d’un corps pur sous l’effet de la chaleur ; la dissolution est la dispersion d’un solide dans un liquide. Le sucre fond, seul, dans une casserole à 186 °C.
Croire que la vapeur d’eau est le nuage blanc au-dessus de la casserole. La vapeur d’eau est un gaz invisible. Le nuage blanc est de la vapeur déjà liquéfiée en gouttelettes, comme les nuages du ciel. Entre le bec de la bouilloire et le nuage, il y a une zone transparente : c’est là qu’est la vapeur.
Penser que la température monte pendant la fusion si l’on chauffe plus fort. Non : le palier reste à 0 °C ; la fusion est seulement plus rapide. Idem pour l’ébullition à 100 °C.
Confondre évaporation et ébullition. L’évaporation a lieu à toute température, en surface, sans bulles. L’ébullition a lieu à 100 °C (pour l’eau), dans tout le volume, avec bulles.
Croire que la masse change quand l’eau gèle ou bout. La masse se conserve. Le volume change (la glace prend 9 % de plus ; la vapeur occupe 1 700 fois le volume du liquide).
Croire que la glace est toujours à 0 °C. La glace d’un congélateur est à −18 °C ; elle se réchauffe jusqu’à 0 °C avant de commencer à fondre. Le palier n’est atteint qu’à ce moment.
Confondre liquéfaction et condensation. Dans le vocabulaire du programme, la liquéfaction est gaz → liquide (la buée) ; la condensation est gaz → solide (le givre). Dans le langage courant, « condensation » désigne souvent la buée, ce qui prête à confusion.
Exercices corrigés
Du vocabulaire à la lecture de courbes et aux calculs de volume.
Nommer les changements d’état
Donner le nom du changement d’état dans chaque situation :
- Le chocolat ramollit puis coule dans la casserole.
- Des gouttes se forment sur une bouteille sortie du réfrigérateur.
- Le linge sèche sur le fil.
- La glace carbonique « fume » sans laisser de liquide.
- Du givre se forme sur le pare-brise pendant la nuit.
- De l’eau gèle dans le bac à glaçons.
Voir la correction
- Fusion.
- Liquéfaction (vapeur d’eau de l’air → liquide).
- Vaporisation (par évaporation).
- Sublimation.
- Condensation (gaz → solide).
- Solidification.
État à température ambiante
À l’aide du tableau des températures de changement d’état, donner l’état physique à 20 °C de : l’éthanol, le butane, le plomb, le mercure, le dioxygène. Que se passe-t-il pour le mercure si on le refroidit à −50 °C ?
Voir la correction
Éthanol (−114 ; 78) : liquide. Butane (−138 ; −0,5) : gaz (20 °C est au-dessus de son ébullition). Plomb (327 ; 1 749) : solide. Mercure (−39 ; 357) : liquide. Dioxygène (−219 ; −183) : gaz. À −50 °C, sous sa température de fusion, le mercure est solide : c’est pourquoi les thermomètres à mercure sont inutilisables en Sibérie.
Lire une courbe de fusion
On chauffe un solide inconnu. La température monte de −30 °C à −5 °C entre 0 et 4 min, reste à −5 °C de 4 à 9 min, puis monte de −5 °C à 25 °C de 9 à 14 min.
- Que se passe-t-il entre 4 et 9 min ? Dans quel état est la substance ?
- Quelle est la température de fusion de la substance ? Est-ce de l’eau pure ?
- Dans quel état est la substance à 12 min ? à 2 min ?
- Le solide est-il un corps pur ? Justifier.
Voir la correction
- C’est le palier de fusion : la substance est un mélange de solide et de liquide.
- −5 °C. Ce n’est pas de l’eau pure, dont la fusion est à 0 °C.
- À 12 min : liquide (après le palier). À 2 min : solide (avant le palier).
- Oui, probablement : le palier est net et horizontal, signature d’un corps pur (un mélange n’aurait pas de température de fusion fixe).
Masse et volume de la glace
On place 250 g d’eau dans un récipient au congélateur. Masses volumiques : eau 1,00 g/cm³, glace 0,92 g/cm³.
- Quelle est la masse de la glace obtenue ?
- Quel volume occupait l’eau ? Quel volume occupe la glace ?
- De quel pourcentage le volume a-t-il augmenté ?
- Pourquoi ne faut-il pas remplir complètement un bac à glaçons ni une bouteille avant de la congeler ?
Voir la correction
- 250 g : la masse se conserve.
- Eau : V = 250 / 1,00 = 250 cm³. Glace : V = 250 / 0,92 ≈ 272 cm³.
- (272 − 250) / 250 ≈ 0,088 soit environ 9 %.
- Parce que la glace a besoin de 9 % de place en plus : sans espace libre, elle déforme ou fait éclater le récipient.
Ébullition en altitude et sous pression
Un alpiniste fait bouillir de l’eau à 4 000 m d’altitude : son thermomètre indique 87 °C pendant toute l’ébullition. Au niveau de la mer, la même eau bout à 100 °C. Dans une cocotte-minute, elle bout à 118 °C.
- L’eau de l’alpiniste est-elle un corps pur ? Sur quel indice se fonder ?
- Pourquoi la température d’ébullition est-elle différente dans les trois cas ?
- Où les pâtes cuisent-elles le plus vite ? le moins vite ? Pourquoi ?
- Sur la courbe de température de l’eau de l’alpiniste, à quelle valeur se situe le palier ? Que vaut la température de l’eau si l’on augmente la flamme ?
Voir la correction
- Oui : la température reste constante pendant toute l’ébullition (palier), ce qui indique un corps pur ; la valeur du palier dépend de la pression, pas de la pureté.
- La température d’ébullition dépend de la pression : plus basse en altitude (pression plus faible), plus haute dans la cocotte (pression plus forte).
- Le plus vite : dans la cocotte (118 °C) ; le moins vite : en altitude (87 °C), car la cuisson dépend de la température de l’eau, pas de son ébullition.
- Palier à 87 °C. Augmenter la flamme ne change pas la température : l’eau reste à 87 °C et bout plus vite.
Bilan d’une expérience complète
On place 50 g de glace à −20 °C dans un bécher et on chauffe régulièrement. On obtient : de 0 à 1 min, la température passe de −20 à 0 °C ; de 1 à 9 min, elle reste à 0 °C ; de 9 à 14 min, elle passe de 0 à 100 °C ; de 14 à 40 min, elle reste à 100 °C ; puis le bécher est vide.
- Décrire l’état du contenu dans chacune des quatre phases.
- Quelle masse d’eau liquide y a-t-il à 9 min ? à 14 min ?
- Comparer la durée du palier de fusion et celle du palier d’ébullition. Que peut-on en déduire sur l’énergie nécessaire à chaque changement d’état ?
- Où est passée l’eau à la fin ? Sa masse a-t-elle disparu ?
Voir la correction
- 0–1 min : glace seule qui se réchauffe. 1–9 min : glace + eau (fusion). 9–14 min : eau liquide seule qui se réchauffe. 14–40 min : eau + vapeur (ébullition).
- À 9 min : toute la glace a fondu, 50 g d’eau. À 14 min : toujours 50 g (l’évaporation entre 9 et 14 min est négligeable).
- Fusion : 8 min ; ébullition : 26 min, soit plus de trois fois plus long avec le même chauffage. La vaporisation demande donc beaucoup plus d’énergie que la fusion (en réalité près de sept fois plus ; une partie de la chaleur est perdue dans l’air).
- Elle est devenue vapeur d’eau, gaz invisible dispersé dans la salle. Sa masse n’a pas disparu : 50 g de vapeur sont dans l’air.
Quiz : dix questions pour vérifier
Fiche : ce qu’il faut retenir
Questions fréquentes
Quels sont les six changements d’état ?
Fusion (solide → liquide), solidification (liquide → solide), vaporisation (liquide → gaz), liquéfaction ou condensation liquide (gaz → liquide), sublimation (solide → gaz) et condensation solide (gaz → solide). Les quatre premiers concernent l’eau au quotidien ; la sublimation se voit avec la glace carbonique ou la neige qui disparaît sans fondre par grand froid.
Pourquoi la température reste-t-elle à 0 °C pendant que la glace fond ?
Parce que toute l’énergie apportée sert à casser l’arrangement ordonné des molécules du solide, pas à les agiter davantage. Tant qu’il reste de la glace, la température du mélange glace-eau reste bloquée à 0 °C : c’est le palier de fusion. Dès que la dernière parcelle de glace a fondu, la température de l’eau remonte.
Quelle est la différence entre évaporation et ébullition ?
Les deux sont des vaporisations. L’évaporation se produit à la surface du liquide, à toute température, lentement : une flaque sèche, le linge sèche. L’ébullition se produit dans tout le volume, avec des bulles de vapeur, à une température précise : 100 °C pour l’eau sous la pression atmosphérique normale. Chauffer accélère l’évaporation mais ne la déclenche pas.
La masse change-t-elle quand l’eau gèle ?
Non. 100 g d’eau donnent 100 g de glace : le changement d’état conserve la masse, car ce sont les mêmes molécules. En revanche le volume augmente d’environ 9 % : la glace occupe plus de place que l’eau liquide, sa masse volumique est plus faible (0,92 g/cm³ au lieu de 1,00), c’est pourquoi elle flotte et pourquoi une bouteille pleine éclate au congélateur.
L’eau bout-elle toujours à 100 °C ?
Seulement sous la pression atmosphérique normale (1 013 hPa) et si l’eau est pure. En altitude, la pression est plus faible et l’eau bout plus bas : environ 85 °C au sommet du mont Blanc, ce qui rend la cuisson plus longue. Dans une cocotte-minute, la pression est plus élevée et l’eau bout vers 120 °C. L’eau salée bout au-dessus de 100 °C.
Comment reconnaître un corps pur grâce à un changement d’état ?
Un corps pur change d’état à température constante : la courbe de température présente un palier horizontal net, à une valeur caractéristique (0 °C pour la glace, 100 °C pour l’ébullition de l’eau). Un mélange n’a pas de palier : sa température continue de varier pendant le changement d’état. L’eau salée gèle en dessous de 0 °C et sa température baisse pendant la solidification.