Quel est le problème'?
La « matière » est tout ce qui occupe de l'espace (a du volume) et a une masse. Il constitue tout dans l'univers sous une forme ou une autre ; c'est tout dans l'univers. Il constitue notre planète et l'univers entier.
Sur Terre, toute matière existe dans l’un des trois états suivants : solide, liquide ou gazeux.
Savez-vous que les humains sont constitués des trois principaux états de la matière ?
L’état dans lequel une substance existe à température ambiante est appelé son état standard. Par exemple, à température ambiante, l’eau existe sous forme liquide. Certaines substances existent sous forme de gaz à température ambiante (l’oxygène et le dioxyde de carbone), tandis que d’autres, comme l’eau, existent sous forme de liquides. La plupart des métaux existent sous forme solide à température ambiante. Le mercure possède les propriétés intéressantes d’être à la fois un métal et un liquide dans son état standard.
Chacun de ces états est constitué de minuscules particules. L’état de la matière dépend du nombre de particules qui la composent.
Solide
Quelque chose est généralement décrit comme solide s’il peut conserver sa propre forme et est difficile à comprimer. Par exemple, l’eau sous forme solide est de la glace. Dans un solide, les molécules sont étroitement regroupées et ont une densité élevée.
Liquide
Un liquide comme l'eau peut couler ou couler, mais il ne peut pas être étiré ou pressé. Dans les liquides, les molécules sont particulièrement rapprochées mais pas aussi rapprochées que dans la matière solide ; les molécules ont la capacité de se déplacer et de glisser les unes sur les autres. Une matière liquide n’a pas de forme propre, elle va prendre la forme du récipient dans lequel elle est contenue. Des exemples de liquides sont l'eau, le lait, le jus, l'essence, la limonade, etc.
Gaz
Le gaz peut circuler, se dilater et être comprimé. L'eau sous forme gazeuse est de la vapeur. S'il se trouve dans un récipient non scellé, il s'échappe. Dans les gaz, les molécules sont beaucoup plus dispersées que dans les solides ou les liquides, et elles entrent en collision les unes avec les autres de manière aléatoire. Un gaz remplira n’importe quel récipient, mais si le récipient n’est pas scellé, le gaz s’échappera. Le gaz peut être comprimé beaucoup plus facilement que le liquide ou le solide.
Changer les états de la matière
La matière peut exister à l’état solide, liquide ou gazeux, et l’état dans lequel se trouve une substance peut être largement déterminé par sa température. Chaque substance a une température seuil unique après laquelle elle change d’état. Une fois ce seuil franchi, la substance changera de phase, modifiant ainsi l’état de la matière. Dans des conditions de pression constante, la température est le principal déterminant de la phase d’une substance.
En fonction de sa température, la matière peut changer d'état. La fusion, la congélation, l'ébullition, l'évaporation, la condensation, la sublimation et le dépôt sont des moyens par lesquels un matériau change d'état.
À basse température, le mouvement moléculaire diminue et les substances ont moins d'énergie interne. Les molécules s’installent dans des états de faible énergie les unes par rapport aux autres et bougent très peu, ce qui est caractéristique de la matière solide. À mesure que la température augmente, une énergie thermique supplémentaire est appliquée aux éléments constitutifs d’un solide, ce qui provoque un mouvement moléculaire supplémentaire. Les molécules commencent à se pousser les unes contre les autres et le volume global d'une substance augmente. À ce stade, la matière est entrée à l’état liquide. Un état gazeux existe lorsque les molécules ont absorbé tellement d’énergie thermique en raison de l’augmentation des températures qu’elles sont libres de se déplacer les unes autour des autres à grande vitesse.
Si la pression est constante, l’état d’une substance dépendra entièrement de la température à laquelle elle est exposée. Pour cette raison, la glace fond si elle est sortie du congélateur et l’eau bout si elle est laissée trop longtemps à une température trop élevée. La température est simplement une mesure de la quantité d’énergie thermique présente dans l’environnement. Lorsqu'une substance est placée dans un environnement à une température différente, de la chaleur est échangée entre la substance et l'environnement, amenant les deux à atteindre une température d'équilibre. Ainsi, lorsqu’un glaçon est exposé à la chaleur, ses molécules d’eau absorbent l’énergie thermique de l’atmosphère environnante et commencent à se déplacer plus énergiquement, faisant fondre la glace d’eau en eau liquide.
La fusion est le processus de transformation d'un solide en liquide. Lorsqu’un solide est chauffé, les particules reçoivent plus d’énergie et commencent à vibrer plus rapidement. À une certaine température, les particules vibrent tellement que leur structure ordonnée se désagrège. À ce stade, le solide fond en liquide. La température à laquelle se produit ce changement de solide à liquide est appelée point de fusion. Chaque solide a un point de fusion défini à une pression atmosphérique normale. À une pression atmosphérique plus faible, comme en haut d’une montagne, le point de fusion diminue.
L'évaporation est le processus de transformation d'un liquide en gaz. Si vous laissez un peu d’eau dans un récipient à large ouverture, vous remarquerez qu’une partie de l’eau disparaîtra après un certain temps. L’eau liquide se transforme en gaz (vapeurs d’eau) – c’est l’évaporation. Cela se produit lorsqu’un liquide se transforme en gaz bien en dessous de son point d’ébullition. Il y a toujours des particules dans un liquide qui ont suffisamment d’énergie pour se libérer du reste et devenir un gaz.
La condensation est le processus de transformation d'un gaz en liquide. Par exemple, les vapeurs d’eau présentes dans l’air se refroidissent et se transforment en minuscules gouttes d’eau liquide (rosée) sur les feuilles et les fenêtres le matin après une nuit froide. Les objets plus froids absorbent souvent l’énergie des objets plus chauds.
La congélation est le processus de transformation d'un liquide en solide. C'est le contraire de fondre. Par exemple, la lave est une roche liquide qui éclate à travers un volcan à des températures aussi élevées que 1 500 ° C (2 732 ° F) à travers un volcan. Cependant, la lave chauffée au rouge se refroidit lorsqu'elle rencontre la surface de la Terre et se transforme à nouveau en roche solide.
Ébullition – Lorsqu’un liquide est chauffé, les particules reçoivent plus d’énergie. Ils commencent à s’éloigner plus vite et plus loin. À une certaine température, les particules se détachent les unes des autres et le liquide se transforme en gaz. C'est le point d'ébullition. Le point d’ébullition d’une substance est toujours le même ; cela ne varie pas. Par exemple, l’eau bout lorsqu’elle atteint son point d’ébullition de 100 ºC (212 ºF). C'est la température à laquelle l'eau se transforme en vapeur. La vapeur est un gaz invisible. Lorsqu'il atteint le couvercle, il refroidit et se transforme en liquide.
La sublimation est la transformation d'un solide en gaz sans qu'il ne devienne liquide. L’exemple le plus simple de sublimation pourrait être la neige carbonique. La neige carbonique est du dioxyde de carbone solide (CO2). Étonnamment, lorsque vous laissez de la neige carbonique dans une pièce, elle se transforme simplement en gaz sans devenir liquide. Avez-vous déjà entendu parler du dioxyde de carbone liquide ? Cela peut être fait, mais pas dans des situations normales. Le charbon est un autre exemple de composé qui ne fond pas à des pressions atmosphériques normales. Il se sublimera à très haute température.
Le dépôt est la conversion d'un gaz en solide. Cela se produit lorsqu'un gaz devient solide sans passer par l'état liquide de la matière. Plus près des pôles, on peut voir du gel les matins d'hiver. Ces petits cristaux de givre sur les plantes s’accumulent lorsque la vapeur d’eau de l’air se solidifie sur les feuilles des plantes.
Changements chimiques versus changements physiques
Il est important de comprendre la différence entre les changements chimiques et physiques. Les changements physiques concernent généralement l’état physique de la matière, et les changements chimiques se produisent lorsque des liaisons moléculaires sont rompues ou créées lors d’une réaction chimique. Les changements chimiques se produisent au niveau moléculaire.
Aucun changement dans les molécules
Étirer un élastique, remplir d’air un ballon ou écraser une canette sont autant d’exemples de changements physiques. Il s’agit uniquement de changements dans la forme des objets. Il n’y a aucun changement dans l’état de la matière car l’énergie au niveau moléculaire n’a pas changé. Lors d'un changement physique, aucun changement dans les molécules ne se produit, les molécules sont toujours les mêmes sans aucune nouvelle liaison chimique créée ou rompue.
De même, faire fondre des glaçons, faire bouillir de l’eau ou geler de l’eau liquide sont autant de changements physiques par ajout d’énergie. Les changements de phase ou d'état de la matière, c'est-à-dire solide à liquide, liquide à gaz, liquide à solide, sont tous des changements physiques. Les actions physiques telles que les changements de température ou de pression peuvent provoquer des changements physiques. Par exemple, lors de la fonte de la glace ou de la congélation de l’eau liquide, aucun changement chimique ne se produit, les molécules d’eau sont toujours des molécules d’eau.
Changer les molécules
Les changements chimiques se produisent à une échelle beaucoup plus petite. Bien que certaines expériences montrent des changements chimiques évidents, comme un changement de couleur, la plupart des changements chimiques ne sont pas visibles. Le changement chimique lorsque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) se transforme en eau n’est pas visible puisque les deux liquides sont clairs. Cependant, en coulisses, des milliards de liaisons chimiques sont créées et détruites. Lorsque le peroxyde d’hydrogène se transforme en eau, on peut voir des bulles d’oxygène (O2). Ces bulles témoignent de changements chimiques.
Faire fondre un morceau de sucre est un changement physique car la substance est toujours du sucre. Brûler un morceau de sucre est un changement chimique. Le feu active une réaction chimique entre le sucre et l'oxygène. L'oxygène de l'air réagit avec le sucre et les liaisons chimiques sont rompues.
Lorsque le fer est exposé à l’oxygène présent dans l’air, le fer rouille. Ce processus peut être observé sur une longue période de temps. Les molécules changent de structure à mesure que le fer est oxydé, pour finalement devenir de l'oxyde de fer. Les tuyaux rouillés dans les bâtiments abandonnés sont des exemples concrets du processus d’oxydation.
Le changement peut être réversible ou irréversible
Un changement réversible est un changement qui peut être modifié à nouveau. Par exemple, si un glaçon fond, il devient de l’eau mais nous pouvons le congeler à nouveau pour devenir un glaçon afin qu’il puisse revenir à son état d’origine. La fusion et le chauffage sont des exemples de changements réversibles.
Un changement irréversible est un changement qui ne peut plus être modifié. Par exemple, si un mélange à gâteau est cuit, il devient un gâteau et nous ne pouvons pas le transformer à nouveau en mélange. Le changement est irréversible car une réaction chimique a eu lieu. Brûler ou mélanger un liquide avec du bicarbonate de soude est un exemple de changements irréversibles.
Un aperçu rapide de certains termes et des changements de phase associés :
Fusion/fusion – Solide en liquide
Congélation – Du liquide à un solide
Vaporisation/ébullition – Liquide en gaz
Condensation – Gaz en liquide
Sublimation – Solide en gaz
Dépôt – Gaz vers un solide
