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La molécule : interprétation des états de l'eau

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Objectifs

Interpréter les différents états de l’eau comme des différences à l’échelle microscopique.
Interpréter les changements d’état à l’échelle microscopique.

Points clés

Toute la matière qui nous entoure (quel que soit son état) est composée de particules microscopiques qu’on appelle molécules.
Les molécules d’eau sont les mêmes à l’état solide, liquide et gazeux.
L’état solide est compact et ordonné.
L’état liquide est compact et désordonné (les molécules peuvent se déplacer, changer d’orientation et sont agitées).
L’état gazeux est dispersé et désordonné.
La masse d’une espèce se conserve lors d’un changement d’état, car la masse et le nombre des molécules ne changent pas.

Pour bien comprendre

Les changements d’état de la matière

1. Les différents états de l'eau

a. Rappels : états et changements d'état de l'eau

L’eau existe sous 3 états différents (solide, liquide, gazeux).

Elle peut subir des transformations physiques (fusion, vaporisation, etc.) qui lui permettent de changer d’état.

Les différents changements d’états

b. La composition de l'eau dans les différents états

L’eau est un corps pur qui est constitué de molécules d’eau. Ces molécules sont toujours les mêmes, quel que soit l’état de l’eau. Les molécules d’eau dans la glace, dans l’eau liquide et dans la vapeur sont les mêmes.

2. Les molécules dans l'eau sous ses différents états

Les molécules sont symbolisées par des triangles dans les schémas des différents états.

a. L'état solide

Caractéristiques

Les molécules sont proches les unes des autres : la disposition est compacte.

Chaque molécule a une place et une orientation fixe : la disposition est ordonnée.

Schéma de l’eau à l’état solide

Conséquences

Les molécules sont fixes les unes par rapport aux autres donc le solide qu’elles constituent garde la même forme et le même volume : l’eau solide a une forme et un volume propres.

L’espace entre les molécules d’eau ne peut pas être diminué. À l’état solide, l’eau est incompressible.

b. L'état liquide

Caractéristiques

Les molécules sont proches les unes des autres : la disposition est compacte.

Les molécules n’ont pas de place fixe. Elles se déplacent, glissent, ont des orientations différentes et sont agitées : la disposition est désordonnée.

Schéma de l’eau à l’état liquide

Conséquences

Le déplacement des molécules permet au liquide de changer de forme et de s’écouler : l’eau liquide n’a pas de forme propre.

Les molécules sont en contact les unes des autres, le liquide conserve donc le même volume : l’eau a un volume propre, elle est incompressible.

c. L'état gazeux

Caractéristiques

Les molécules sont éloignées entre elles. Elles forment un ensemble dispersé et leur déplacement est désordonné.

Très agitées, les molécules se déplacent à 1000 km/h à température ambiante. La vitesse augmente avec la température.

Les molécules se percutent entre elles, ce qui crée une pression.

Schéma de l’eau à l’état gazeux

Conséquences

Les molécules sont mobiles, donc le gaz peut changer de volume et de forme. L’eau à l’état gazeux n’a pas de forme et de volume propres.

Le vide qui sépare les molécules explique la densité de la vapeur d’eau.

3. Masse et volume lors des changements d'états de l'eau

a. La masse se conserve

On étudie la fusion de la glace.

Fusion de la glace

La masse d’eau reste la même avant et après la fusion : la masse se conserve.

La masse se conserve également lors de tous les autres changements d’état de l’eau.

Interprétation moléculaire

Lors de la fusion, l’organisation des molécules d’eau change : les molécules d’eau, au départ fixes, deviennent mobiles.

Les molécules restent cependant les mêmes et leur nombre ne change pas. La masse de l’ensemble ne change donc pas.

Lors d’un changement d’état, la masse d’eau se conserve car la masse et le nombre des molécules d’eau ne changent pas.

b. Le volume est modifié

Lorsqu’on place une bouteille d’eau en plastique remplie à ras-bord dans un congélateur, celle-ci se déforme.

Augmentation de volume lors de la solidification de l’eau

Lors du changement d’état d’un corps pur, des liaisons se créent ou se cassent entre les molécules. C’est ce qui permet d’expliquer la variation du volume que le corps pur occupe selon son état.

Dans l’immense majorité des cas, la solidification d’un corps pur s’accompagne d’une diminution de volume. Pour l’eau, c’est l’inverse.

Explication
À l’état solide, les molécules d’eau sont agencées de telle sorte qu’il y a beaucoup de vide entre elles.
Lors de la fusion, les molécules se rapprochent les unes des autres, le volume d’eau diminue donc.