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Nous avons décrit les états de la matière. Il est possible de passer de l'un a l'autre en changeant des paramètres. C'est l'étude microscopique qui va nous aider à comprendre comment ces paramètres vont influencer ces changements d'état.

 

Ci-contre, une vidéo montrant l'effet Mpemba. Cet effet met en avant que l'eau chaude peu geler plus rapidement que de l'eau froide dans certaines conditions.

 

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Les paramètres influençant les changements d'état

 

 

Si l'on reprend les représentations moléculaires des différents états, on remarque que ce qui les différencie est :

  • le mouvement des particules
  • l'espace entre les particules

Pour augmenter le mouvement des particules, il faut leur donner de l'énergie afin d'augmenter leur agitation. C'est possible à l'aide d'un apport en énergie thermique. Le paramètre mesurable sera LA TEMPERATURE. Une augmentation de température favorisera LA FUSION et LA VAPORISATION.

L'espace entre les molécules peut être favorisé par une variation de LA PRESSION. Une augmentation de la pression favorisera LA CONDENSATION et LA SOLIDIFICATION.

Il y a donc systématiquement des couples de valeurs de pression et de température pour lesquels un corps est solide, liquide ou gazeux. Certaines valeurs particulières amènent à des changements d'état (fusion, vaporisation, ...).

Avec tous ces couples pression - température, on peut construire un diagramme (appelé diagramme d'état) qui montre trois grandes zones, une pour chaque état de la matière. A la limite de deux zones, une droite ou une courbe matérialise l'équilibre entre deux états (le changement d'état).

 

 

 

note    

Avec quelques points (Point triple, point critique, point de fusion, point d'ébullition et éventuellement le point de sublimation), il est possible de tracer une esquisse du diagramme d'état d'une matière. Comme en math, il faut juste deux points par droite ou par courbe ...

Ces diagrammes sont utiles pour savoir sous quel état est une matière en fonction des conditions de pression et de température.

 

 

 

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La pente de la droite de fusion (rouge) est toujours positive (droite penchée vers la droite) .. Sauf pour l'eau dont la pente de la droite de fusion est négative (droite penchée vers la gauche).

Eau liquide
Eau liquide
Eau solide
Eau solide

 

diagramme détat autre

diagramme detat eau

 

 


 

Certains solutés vont rester sous forme de molécules dans la solution, d'autres seront sous forme d'ions. Globalement, nous parlerons d'électrolytes, une substance qui conduit le courant car elle est composée d'ions ou de solution moléculaire. Cela va dépendre des propriétés moléculaires du soluté.

 

Les molécules possédant des liaisons faiblement polarisées resteront sous forme moléculaires

L'exemple de molécules organiques telles que le sucre ou l'alcool est typique. Ces solutés resteront sous forme moléculaire car leurs liaisons sont peu polarisées donc plus fortes, impossible de les casser juste à l'aide d'interactions soluté-solvant.

 

Les molécules possédant des liaisons plus polarisées s'ioniseront ou se dissocieront,  ce sont les électrolytes

  • L'ionisation ou la création d'ions

 Si les molécules possèdent des liaisons plus polarisées (mais pas ces fameuses "liaisons ioniques"), elles seront partiellement ou totalement sous forme d'ion en solution. Pour ce faire, le solvant devra contribuer à tirer sur les différentes parties de la molécule afin de casser au moins une liaison. On appelera ces composés, des composés IONOGENES (ionogènes = qui peut générer des ions).

 

Pour ces molécules, il faudra écrire une équation de réaction montrant que la molécule réagit avec le solvant :

 

HCl + H2O      H3O+   +  Cl- 

 

  • La dissociation ou la séparation des ions

Les molécules possédant une ou plusieurs "liaisons ioniques" sont en réalité formées d'ions ; on les appelle des composés IONOPHORES (Ionophore = qui porte des ions). C'est le cas de nombreux sels, tel que le NaCl dont nous avons présenté la dissolution plus haut.

Pour ces molécules, l'équation ne mentionnera pas le solvant dans les réactifs (A titre informatif, on peut l'indiquer sous la flèche de réaction).

NaCl     

 Na+  +  Cl-
  H2O  

 

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Ces ions peuvent venir de substances ionogènes ou ionophores. Dans les électrolytes, nous distinguerons :

  • Les électrolytes forts, dont les molécules sont toutes transformées en ions (Tous les ionophores et certains ionogènes)
  • Les électrolytes faibles dont certaines molécules sont transformées en ions (les ionogènes  qui ne sont pas repris dans les électrolytes forts).

Cette notion d'électrolyte est de loin la plus importante ...

 

 

La composition d'une solution est souvent caractérisée par la concentration. La concentration est un concept qui nous permet de connaître la quantité de soluté présente dans une certaine quantité de solution.

concentration

Il existe différents types de concentrations en fonction du paramètre utilisé pour caractériser la quantité (masse, mole, volume) :

  • La concentration massique (ou pondérale)

concentration massique

  • La concentration molaire

concentration molaire

  • La concentration molale

concentration molale 

 

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Parce que le chimiste utilise souvent la concentration molaire, il a réduit la notation de son unité.

Ainsi, des mol/L peuvent s'écrire M ... que le chimiste lira 'molaire'.

Une solution de concentration égale à 3 mol/L peut donc s'écrire aussi 3M et sera dite 3 molaire.

 

 

 

 

 

Une solution est un mélange homogène (souvent liquide mais pas nécessairement, on peut avoir des solutions solides ou gazeuses ... ) d'au moins deux corps :

  • Un corps étant en plus grande quantité, qui fait le volume de la solution et que l'on appellera le SOLVANT .
  • Un corps présent en plus petite quantité, miscible dans le premier, que l'on appelle SOLUTE (soluté). En bleu ci-contre. Il peut-être solide, liquide ... ou même gazeux.

Il peut y avoir plusieurs solutés dans une solution mais il n'y aura qu'un seul solvant.

 

 

 

Au niveau moléculaire, une solution est un mélange intime entre les molécules du solvant et les molécules (ou les ions) du soluté. Cela sous entend qu'il y a des interactions moléculaires entre le solvant et le soluté. Une solution ne peut donc se réaliser que si les différentes molécules font des interactions compatibles ... Soit les deux sont non polaires, soit les deux sont polaires, soit les deux possèdent des parties polaires et non polaires.

Le phénomène menant à la formation de la solution s'appelle la SOLVATATION, les molécules du solvant vont entourer les particules (molécules ou ions) de soluté. L'exemple suivant montre la dissolution d'un morceau de sel de cuisine (chlorure de sodium) dans de l'eau. L'eau sépare les ions Na+ et Cl- et les entourre (Solvatation). L'eau de par sa polarité, montrera donc aux ions + son pôle négatif (l'atome d'oxygène) et aux ions -, son pôle positif (ses atomes d'hydrogène).

 

Sodium chloride dissolution 
 By Andy Schmitz (http://2012books.lardbucket.org/) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

 

 

En fonction de sa composition moléculaire, nous pouvons classer la matière en différentes grandes familles. Cette classification amènera des propriétés différentes :

Tout d'abord, nous distinguerons :

  • les corps qui ne sont constitués que d'un seul type de molécules : les corps purs
  • les corps qui sont constitués de plusieurs molécules : les mélanges.

En regardant chacun de ces types de corps, nous pouvons encore les différencier :

  • Dans les corps purs :
    • Les corps purs dont les molécules sont composées d'un seul type d'atome : les corps purs simples (O2, N2, ...)
    • Les corps purs dont les molécules sont composées de plusieurs types d'atomes : les corps purs composés (CO2, H2O, ...).
  • Dans les mélanges :
    • Les mélanges dont les différents corps se mélangent  : les mélanges homogènes (L'eau et le sel par exemple ...)
    • Les mélanges dont les différents corps ne se mélangent pas : les mélanges hétérogènes (L'eau et l'huile ...).

 

Mélange homogène   Mélange hétérogène

 

 classification de la matiere

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