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Les changements dans la matière

L a matière ne reste pas toujours pareille. Elle change de plusieurs façons, mais c'est toujours la même matière, son état ou sa forme a changé. La matière passe de l'état solide à liquide (fusion), de l'état liquide à gazeux (évaporation), de l'état gazeux à liquide (condensation) et de l'état liquide à solide (congélation).

La fusion est un changement physique de la matière où elle passe de l'état solide à liquide. Elle est provoquée par la libération des particules fixes d'un solide et leur déplacement. Cette libération se produit lorsqu'elles se réchauffent, accumulent de l'énergie et augmentent leur vitesse de vibration. La force qui lie les particules est neutralisée, et celles-ci sont libres de se déplacer. La matière a alors atteint son point de fusion. La température à laquelle un solide passe à l'état liquide s'appelle le point de fusion, et celui de la glace est de 0 ºC.

L'évaporation se produit lorsque les particules d'un liquide se libèrent des liens qui les unissent à la masse du liquide et peuvent alors se déplacer au hasard sous forme de gaz.

La condensation est un changement d'état physique où les particules d'un gaz ralentissent jusqu'à ce qu'elles soient soumises à la force d'attraction des particules voisines, elles aussi soumises à la décélération. Les particules de gaz s'unissent alors pour former un liquide.

La congélation se produit lorsque les particules perdent de l'énergie, se déplacent de plus en plus lentement et finissent par arrêter. À ce moment, le liquide gèle et devient solide.

Les particules d'un solide peuvent se libérer avec une si grande énergie que la substance passe directement à l'état gazeux sans traverser l'état liquide, c'est la sublimation.


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La solubilité des substances

L a solubilité est la capacité que possède une substance de se dissoudre dans l'eau ou dans un autre liquide. L'eau est le solvant le plus répandu. La solubilité peut s'exprimer par un pourcentage, en grammes, par litres ou qualitativement comme insoluble, très soluble ou miscible. Certaines substances sont très solubles, d'autres moins.

Le liquide retrouvé en grande quantité dans une solution est le solvant. Le solvant, ordinairement liquide, a le pouvoir de dissoudre une autre substance. Les substances communément appelées solvants peuvent dissoudre de nombreux produits. Parmi ceux-ci, on retrouve l'eau, l'alcool éthylique et l'acétone.

Chez la plupart des substances, il existe une quantité limite de soluté pouvant être dissout dans une quantité spécifique de solvant. Une solution saturée contient une concentration de soluté égale à la solubilité. Dans une solution insaturée, la concentration de soluté est inférieure à la solubilité tandis qu'une solution sursaturée contient une concentration de soluté supérieure à la solubilité. Lorsqu'on ajoute du sucre (soluté) dans un verre d'eau (solvant) à la température de la pièce, différentes quantités peuvent y être ajoutées. Si on ajoute un peu de sucre et que ce dernier se dissous immédiatement, on obtient une solution insaturée. Une solution saturée est obtenue lorsqu'on ne peut plus dissoudre une quantité supplémentaire de sucre dans l'eau. Si la quantité de sucre ajoutée dans l'eau ne parvient pas à se dissoudre puisqu'y il a trop de sucre, la solution est sursaturée.

Solubilité

La pression a peu d'effets sur la solubilité des solides et des liquides. Cependant, la solubilité des gaz dans un liquide est affectée par la pression du gaz. La température a un effet sur la solubilité d'une substance. Certaines substances sont plus solubles dans un solvant chaud, d'autres dans un solvant froid.

La présence de soluté diminue le point d'ébullition et le point de congélation d'une solution. Par exemple, l'eau contenant du sel ne gèle pas à 0 °C et ne bout pas à 100 °C.


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Les propriétés des liquides et des solides

L a matière peut exister sous trois états différents, les solides, les liquides et les gaz. Le passage d'un état à un autre ne modifie pas la substance, mais l'état de la matière. Ce passage est dû à une modification des forces entre les molécules et non à une modification des molécules.

Toutes les substances ont certaines propriétés qui les distinguent des autres substances, propriétés qui sont de nature physique ou chimique. Certaines des propriétés physiques sont la taille, la forme, la couleur, la texture ainsi que la fusion, l'ébullition, la congélation, la conductivité et la dissolution. Les propriétés chimiques comprennent les capacités de réactions chimiques des substances.

Les substances solides peuvent être dures ou molles, mais leur taille et leur forme sont bien définies. Les solides sont imcompressibles et deux solides ne peuvent pas se mélanger. Le quartz et le sel de table sont deux substances solides.

La taille des substances liquides est bien définie, mais non leur forme. Les liquides prennent la forme du contenant à l'intérieur duquel ils se retrouvent. Certains liquides peuvent se mélanger parfaitement, on dit alors qu'ils sont miscibles et forment un mélange homogène. L'eau est le liquide le plus important et le vinaigre est un autre exemple de liquide.

L'agencement des molécules en phase liquide et solide est différent. Les solides ont une forme définie, une masse volumique importante et une faible compressibilité. Toutes les molécules d'un solide doivent se déplacer au même moment. Si un solide est chauffé, l'énergie entre les molécules augmente, les liaisons sont brisées et un liquide est formé. Dans un liquide, les molécules circulent librement dans toutes les directions et le liquide prend la forme du contenant. La masse volumique d'un liquide est plus faible que celle d'un solide et sa compressibilité est plus élevée.

Les solides possèdent une force de cohésion intense, ce qui les rend difficile à séparer. Les substances solides ne réfractent pas la lumière, ce qui ne permet pas à celle-ci de traverser ce type de substances. La réfraction est la déviation des rayons lumineux lorsqu'ils passent d'un milieu transparent à un autre, par exemple de l'eau à l'air. De plus, si la tension superficielle (mesure de la force du film à la surface de l'eau) d'un liquide est moins élevée que le poids de l'objet placé sur le liquide, l'objet ne sera pas supporté par ce liquide.

Les liquides ont une faible compressibilité et un manque de rigidité. Une autre propriété des liquides est la capillarité, soit l'ascension spontanée d'un liquide dans un tube due aux forces de cohésion et aux forces d'adhésion.

Solide et liquide

La force de cohésion est due aux forces intermoléculaires des molécules d'un liquide. La force d'adhésion est l'interaction des molécules du liquide et du contenant. Le verre contient de nombreux atomes d'oxygène qui ont une charge électrique négative. Cette charge attire le pôle positif des molécules d'eau et crée une force d'adhésion. L'eau, à l'intérieur, possède d'importantes forces de cohésion et monte donc par capillarité.

La viscosité est une mesure de la résistance d'un liquide à l'écoulement. Les liquides qui ont des forces moléculaires importantes sont visqueux. La graisse est un liquide très visqueux tandis que l'essence est moins visqueux.


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Les propriétés de l'eau

L 'eau est un liquide composé de molécules faites d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. Elle est incolore, insipide et inodore et contient des matières dissoutes, des particules d'argile, des bactéries et des matières organiques. L'eau est retrouvée sous forme liquide, solide et gazeuse.

Les liaisons hydrogène très fortes de l'eau déterminent plusieurs de ses propriétés physiques et chimiques.

  • Ébullition et gel - au niveau de la mer, l'eau pure bout à 100 ºC et gèle à 0 ºC. À plus haute altitude, le point d'ébullition diminue et lorsqu'une substance est dissoute dans l'eau, son point de congélation baisse.
  • Propriétés thermiques - l'eau absorbe ou dégage plus de chaleur que d'autres substances, donc est utilisée comme agent de refroidissement. Les grandes masses d'eau exercent une profonde influence sur le climat. Les océans chauffent et refroidissent parce que leurs courants transportent de l'eau chaude dans les zones froides et vice-versa. Les océans absorbent de la chaleur en été pour la libérer l'hiver.
  • Tension superficielle - la tension superficielle est une mesure de la force du film de la surface de l'eau. La tension de l'eau est plus grande que celle de tous les autres liquides sauf le mercure. Cette tension permet à l'eau d'adhérer à d'autres substances et de créer un film très fort. Ce film permet aux insectes aquatiques de se déplacer à la surface de l'eau.
  • Molécules en mouvement - l'eau imbibe de nombreux tissus grâce à son adhérence. Ceci permet à l'eau de monter les tiges des plantes et des arbres afin de leur procurer les éléments nécessaires à leur survie.
  • Agent de dissolution universel - l'eau a l'aptitude de dissoudre d'autres substances, ce qui lui permet d'agir comme véhicule d'éléments nutritifs indispensables aux plantes et aux animaux.

Glace

L'eau recouvre trois quarts de la surface de la planète et constitue deux tiers de l'intérieur du corps humain. Elle est dispensable à notre survie et doit être protégée.


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Par Joanne Langis, B.Sc. (Université de Moncton)
M.É.E. (Université de Moncton) et
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