[PDF] Les états de leau forme gazeuse (vapeur d'eau).

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La matière

162
les états Ie leau 163

L'eau est très présente sur la Terre. Elle

couvre environ 70 % de sa surface, sous forme d'océans (97,8 %), de rivières et de lacs (0,006 %), de glaces polaires (1,74 %) et de nappes souterraines. On en trouve aussi dans les nuages. Pourtant l'eau est un corps dont le comportement est exceptionnel et elle recèle encore nombre de mystères...

Indispensable à la vie, l'eau existe sur

notre planète sous trois états différents : solide, liquide, gazeux. Il est important de connaître les caractéristiques de ces trois

états ainsi que les conditions de passage de

l'un à l'autre, qui peuvent avoir, entre autres, des conséquences à l'échelle planétaire une partie des glaces des pôles risque par exemple de fondre si le réchauffement climatique se conflrme, ce qui entraînera une élévation du niveau de la mer.

Si le grand public est familier de

l'eau et de ses trois états, il l'est moins de leurs propriétés et des processus qui permettent de passer d'un état à l'autre, comme la

SUBLIMATION, la CONDENSATION,

la SOLIDIFICATION, etc. C'est donc ce à quoi nous nous attacherons dans un premier temps. Nous verrons ensuite que l'eau a un comportement inhabituel par rapport aux autres corps et essayerons de l'expliquer.

Les trois états de l'eau

De façon générale, la matière peut se présenter sous trois ÉTATS différents : solide, liquide, gazeux. Toute matière est constituée d'ATOMES ou de MOLÉCULES (ensemble d'atomes) et chaque état se caractérise par la façon dont ces atomes (ou ces molécules) sont liés les uns aux autres : liaison forte dans un solide, plus faible dans un liquide et quasi nulle dans un gaz, ce qui explique une partie des propriétés propres à chacun de ces états.

Le tableau ci-dessous reprend les

caractéristiques physiques principales des trois états d'un corps

Incompressible

Forme indépendante du récipientPeu compressible Forme s'adaptant au récipientCompressible

Occupe tout

le récipient

Un corps passe d'un état à un autre - on

dit qu'il y a " changement d'état » - selon les conditions de pression et de température du milieu environnant. Ce passage donne lieu à un échange d'énergie entre le corps et le milieu.

L'eau solide peut exister sous différentes

formes. On constate ainsi qu'il existe au moins huit formes de glace différentes les états Ie l§eau

Chun-wei Yuan

que l'on appelle " phases » : à la pression normale de 1 atm (1 atmosphère = 1013

HECTOPASCALS), les cristaux de glace

s'ordonnent selon une symétrie hexagonale (nous y reviendrons) ; à haute pression, selon une symétrie cubique. La neige est aussi une phase solide de l'eau (nous y reviendrons également). Sous forme de gaz, l'eau devient " vapeur d'eau » ; elle est alors invisible.

Dans la vie quotidienne, les trois états

de l'eau ainsi que le passage de l'un à l'autre sont d'observation courante. Le dessin ci- contre en donne quelques exemples - l'eau liquide qui chauffe dans la bouilloire bout à 100

°C et devient vapeur d'eau. Ce gaz

s'échappe du goulot et, au contact de l'air, lequel est à une température inférieure à 100

°C, il se transforme en gouttelettes d'eau

liquide qui forment un nuage que nous appelons improprement " vapeur d'eau » ; - le verre rempli d'eau n'est soumis à aucune contrainte extérieure : rien de visible ne se passe, mais de l'eau s'évapore - si l'on attend longtemps, le verre flnira par être vide - enfln, on refroidit l'eau de la cruche avec des glaçons, lesquels fiottent à la surface et, au contact de l'eau liquide plus chaude, fondent. La cruche elle-même est refroidie par les glaçons et sur ses parois extérieures, la vapeur d'eau (gaz) présente dans l'air se liquéfle et se transforme en flnes gouttelettes d'eau liquide.

Les changements d'état

Déflnitions générales

Pour tous les corps, on dit qu'il y a FUSION

lorsque le solide devient liquide,

ÉVAPO-

RATION lorsque le liquide devient gaz et

" sublimation » lorsque le solide devient gaz.

Du gaz au liquide, on parle de

LIQUÉFACTION,

et du liquide au solide de " solidiflcation », tandis que le passage direct de l'état gazeux

à l'état solide se nomme "

condensation »- la condensation correspond bien au passage gaz-solide (par exemple, le givre sur les vitres en hiver). Dans le langage courant, on parle aussi de " condensation » lorsque de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide, alors que le terme physique est " liquéfaction ».

Les changements d'état occasionnent des

échanges d'énergie entre le corps et le milieu. Pour passer de l'état solide à l'état liquide (fusion) ou gazeux (sublimation) ou de l'état liquide à l'état gazeux (évaporation), il faut fournir de l'énergie (par exemple en chauffant), alors que c'est le corps lui-même qui libère de l'énergie pour passer de l'état gazeux à l'état liquide (liquéfaction) puis solide (solidi flcation), ou directe ment de l'état gazeux à l'état solide (conden sation) (page suivante, en haut).

Les changements d'état

de l'eau dans un système fermé

Les états d'un corps peuvent

être représentés sur un dia

La matière

162
les états Ie leau 163

L'eau est très présente sur la Terre. Elle

couvre environ 70 % de sa surface, sous forme d'océans (97,8 %), de rivières et de lacs (0,006 %), de glaces polaires (1,74 %) et de nappes souterraines. On en trouve aussi dans les nuages. Pourtant l'eau est un corps dont le comportement est exceptionnel et elle recèle encore nombre de mystères...

Indispensable à la vie, l'eau existe sur

notre planète sous trois états différents : solide, liquide, gazeux. Il est important de connaître les caractéristiques de ces trois

états ainsi que les conditions de passage de

l'un à l'autre, qui peuvent avoir, entre autres, des conséquences à l'échelle planétaire une partie des glaces des pôles risque par exemple de fondre si le réchauffement climatique se conflrme, ce qui entraînera une élévation du niveau de la mer.

Si le grand public est familier de

l'eau et de ses trois états, il l'est moins de leurs propriétés et des processus qui permettent de passer d'un état à l'autre, comme la

SUBLIMATION, la CONDENSATION,

la SOLIDIFICATION, etc. C'est donc ce à quoi nous nous attacherons dans un premier temps. Nous verrons ensuite que l'eau a un comportement inhabituel par rapport aux autres corps et essayerons de l'expliquer.

Les trois états de l'eau

De façon générale, la matière peut se présenter sous trois ÉTATS différents : solide, liquide, gazeux. Toute matière est constituée d'ATOMES ou de MOLÉCULES (ensemble d'atomes) et chaque état se caractérise par la façon dont ces atomes (ou ces molécules) sont liés les uns aux autres : liaison forte dans un solide, plus faible dans un liquide et quasi nulle dans un gaz, ce qui explique une partie des propriétés propres à chacun de ces états.

Le tableau ci-dessous reprend les

caractéristiques physiques principales des trois états d'un corps

Incompressible

Forme indépendante du récipientPeu compressible Forme s'adaptant au récipientCompressible

Occupe tout

le récipient

Un corps passe d'un état à un autre - on

dit qu'il y a " changement d'état » - selon les conditions de pression et de température du milieu environnant. Ce passage donne lieu à un échange d'énergie entre le corps et le milieu.

L'eau solide peut exister sous différentes

formes. On constate ainsi qu'il existe au moins huit formes de glace différentes les états Ie l§eau

Chun-wei Yuan

que l'on appelle " phases » : à la pression normale de 1 atm (1 atmosphère = 1013

HECTOPASCALS), les cristaux de glace

s'ordonnent selon une symétrie hexagonale (nous y reviendrons) ; à haute pression, selon une symétrie cubique. La neige est aussi une phase solide de l'eau (nous y reviendrons également). Sous forme de gaz, l'eau devient " vapeur d'eau » ; elle est alors invisible.

Dans la vie quotidienne, les trois états

de l'eau ainsi que le passage de l'un à l'autre sont d'observation courante. Le dessin ci- contre en donne quelques exemples - l'eau liquide qui chauffe dans la bouilloire bout à 100

°C et devient vapeur d'eau. Ce gaz

s'échappe du goulot et, au contact de l'air, lequel est à une température inférieure à 100

°C, il se transforme en gouttelettes d'eau

liquide qui forment un nuage que nous appelons improprement " vapeur d'eau » ; - le verre rempli d'eau n'est soumis à aucune contrainte extérieure : rien de visible ne se passe, mais de l'eau s'évapore - si l'on attend longtemps, le verre flnira par être vide - enfln, on refroidit l'eau de la cruche avec des glaçons, lesquels fiottent à la surface et, au contact de l'eau liquide plus chaude, fondent. La cruche elle-même est refroidie par les glaçons et sur ses parois extérieures, la vapeur d'eau (gaz) présente dans l'air se liquéfle et se transforme en flnes gouttelettes d'eau liquide.

Les changements d'état

Déflnitions générales

Pour tous les corps, on dit qu'il y a FUSION

lorsque le solide devient liquide,

ÉVAPO-

RATION lorsque le liquide devient gaz et

" sublimation » lorsque le solide devient gaz.

Du gaz au liquide, on parle de

LIQUÉFACTION,

et du liquide au solide de " solidiflcation », tandis que le passage direct de l'état gazeux

à l'état solide se nomme "

condensation »- la condensation correspond bien au passage gaz-solide (par exemple, le givre sur les vitres en hiver). Dans le langage courant, on parle aussi de " condensation » lorsque de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide, alors que le terme physique est " liquéfaction ».

Les changements d'état occasionnent des

échanges d'énergie entre le corps et le milieu. Pour passer de l'état solide à l'état liquide (fusion) ou gazeux (sublimation) ou de l'état liquide à l'état gazeux (évaporation), il faut fournir de l'énergie (par exemple en chauffant), alors que c'est le corps lui-même qui libère de l'énergie pour passer de l'état gazeux à l'état liquide (liquéfaction) puis solide (solidi flcation), ou directe ment de l'état gazeux à l'état solide (conden sation) (page suivante, en haut).

Les changements d'état

de l'eau dans un système fermé

Les états d'un corps peuvent

être représentés sur un dia

La matière

164
les états Ie leau 165
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