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La molécule : interprétation des états de l'eau

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Objectif

L'eau peut exister sous plusieurs états : solide, liquide ou gazeux. Ces états présentent des propriétés et des aspects très différents. Comment peut-on interpréter ces propriétés en utilisant le modèle des molécules ?

1. La matière est constituée de molécules

Il y a plus de deux mille ans, des savants grecs (tels que Leucippe et Démocrite) ont fait l'hypothèse que la matière est composée de grains invisibles à l'œil nu.

Les progrès scientifiques et technologiques ont permis de prouver que cette hypothèse était juste : toute la matière qui nous entoure (quel que soit son état) est composée de particules microscopiques qu'on appelle molécules.

Il existe différentes sortes de molécules, de tailles et de formes différentes.

2. Les différents états

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. Composition de l'eau dans les différents états

L'eau est constituée de molécules d'eau qui sont toujours les mêmes, et ce, 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.

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

État	Solide	Liquide	Gazeux
Schéma (Les molécules sont symbolisées par des triangles.)
Caractéristiques	• Molécules proches les unes des autres : Disposition compacte. • Chaque molécule a une place et une orientation fixe : Disposition ordonnée.	• Molécules proches les unes des autres : Disposition compacte. • Les molécules n'ont pas de places fixes, se déplacent, glissent, ont des orientations différentes et sont agitées : Disposition désordonnée.	• Molécules éloignées entre elles. Elles forment un ensemble dispersé et leur déplacement est désordonné. • Très agitées, les molécules se déplacent à 1 000 km/h à température ambiante. La vitesse augmente avec la température. • Les molécules se choquent entre elles, ce qui créé une pression.
Conséquences	• Molécules fixes les unes par rapport aux autres donc le solide qu'elles constituent garde la même forme et le même volume : Une forme et un volume propre. • L'espace entre les molécules d'eau ne peut pas être diminué. À l'état solide, l'eau est incompréhensible.	• Le déplacement des molécules permet au liquide de changer de forme et de s'écouler : À l'état liquide, pas de forme propre. • Les molécules étant en contact les unes des autres, le liquide conserve le même volume : Un volume propre. L'eau est incompressible.	• Les molécules sont mobiles, donc le gaz peut changer de volume et de forme. Pas de forme et de volume propre. • Le vide qui sépare les molécules explique la densité de la vapeur d'eau.

4. Conservation de la masse lors des changements d'états de l'eau

Exemple :

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.

Cependant les molécules restent 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 change pas.

L'essentiel

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.

À l'état solide, l'eau possède une forme et un volume propre.
À l'état solide, l'eau est incompressible.

À l'état liquide, l'eau ne possède pas de forme propre.
À l'état liquide, l'eau a un volume propre. Elle est incompressible.

À l'état gazeux l'eau ne possède ni de forme propre ni de volume propre.

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.

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