état de la matière

Dans une première approche, deux paramètres permettent de distinguer les trois principaux états de la matière : la distance moyenne d entre les constituants élémentaires (CE) du milieu (atomes, molécules, ions, complexes) et leur vitesse relative moyenne v. C’est ainsi que dans :

• un gaz, les CE sont libres dans l’intervalle de deux collisions. Avec une augmentation de la température T, la valeur moyenne de d augmente fortement, ainsi que v. La température diminuant, d et v diminuent ;
• un liquide, les CE sont mobiles en restant les uns contre les autres comme des billes dans un sac, d ne varie pratiquement pas ; v est faible ; elle augmente si T augmente et diminue avec T ;
• un solide, les constituants élémentaires sont pratiquement immobiles et d prend, soit un ensemble de valeurs fixes décrivant la maille d’un cristal, soit une valeur moyenne des distances dans le cas d’un solide amorphe. v est pratiquement nulle dans les deux cas, mais varie faiblement dans le même sens que T.

La grandeur physique qui conditionne les propriétés de la matière est la température T. La variation de cette dernière permet la transformation d’un état dans un autre, la fusion transformant un solide en liquide, la vaporisation transformant un liquide en gaz, la sublimation transformant un solide en gaz. Une autre grandeur physique intervient dans les modifications des états de la matière, la pression.

Selon les états de la matière, la pression est une mesure principalement de l’effet des collisions des constituants élémentaires entre eux, ces collisions dépendant elles-mêmes de v, de d et donc de T. Toutefois, dans le cas des liquides et des solides, le rôle des forces internes et externes, comme la pesanteur, est prédominant.

A

B Dans un gaz les molécules sont très espacées les unes des autres. Entre elles, il y a du vide. Les molécules d’un gaz sont en perpétuelle agitation. Au cours de leur trajet, elles se percutent entre elles et percutent les parois du récipient. Dans un liquide les molécules ne sont séparées que par de faibles espaces ne permettant que des mouvements limités des molécules les unes par rapport aux autres. Dans un solide les molécules se touchent. Pratiquement, aucun mouvement ne leur est possible.

L’état sous lequel se trouve la matière dépend de deux paramètres : la température et la pression. Par exemple, à la pression atmosphérique normale, l’eau est :

• solide (glace) en dessous de 0°C ;
• liquide (l’eau du langage commun) entre 0°C et 100°C ;
• gazeuse (vapeur d’eau) au dessus de 100°C.

Chacun des trois états peut être en équilibre avec l’un des deux autres états. Par exemple, à 20 °C, à la pression atmosphérique normale, l’eau liquide est en équilibre avec sa vapeur.

Les différents changements d’état portent des noms distincts :

• solide vers gaz : sublimation ;
• gaz vers solide : condensation solide ;
• solide vers liquide : fusion ;
• liquide vers solide : solidification ;
• gaz vers liquide : liquéfaction ou condensation liquide ;
• liquide vers gaz : vaporisation.

Pour des détails sur les changements d’états de l’eau, on se reportera à l’entrée « eau (physico-chimie) » qui donne une graphique représentant les différents états de l’eau en fonction de la température et de la pression.