– Chapitre I – Les différents états de la matière et leur structure

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L3 Physique et Applications - Structure de la matière Claire Laulhé 1 - Chapitre I - Les différents états de la matière et leur structure

Les physiciens ont très tôt distingué trois états de la matière : solide, liquide, et gaz. Ces trois

états se distinguent de par leur compressibilité et leur déformabilité :

Compressibilité Déformabilité

Solide faible (densité élevée) faible

Liquide faible (densité élevée) élevée

Gaz élevée (densité faible) élevée

Cette classification de la matière en trois états cache en réalité une grande diversité de structures atomiques, plus ou moins ordonnées :

Une structure atomique peut présenter un ordre translationnel (ou de position). Dans ce cas, la position d'un atome donné est influencée par la position d'au moins un autre atome de la structure. Une structure basée sur l'assemblage d'objets non sphériques (molécules par exemple)

peut présenter un ordre orientationnel. Dans ce cas, l'orientation d'une molécule constituante est influencée par l'orientation d'au moins une autre molécule de la structure.

Les ordres translationnel et orientationnel peuvent être à courte portée, ou longue portée.

Dans ce chapitre, nous passons en revue les différents types de structure atomiques qui existent autour de nous, en les différenciant par leur degré d'ordre.

I. L'Ġtat gazeuǆ

Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules (Figure 1) quasi-indépendants. A basse pression, la plupart des gaz sont correctement décrits par le modèle des gaz parfaits, qui repose sur 2 hypothèses :

1) Les constituants du gaz sont supposés de petite taille devant la distance moyenne qui les sépare de leurs premiers voisins.

2) Les constituants du gaz n'interagissent que lors de collisions supposées élastiques,

entre eux ou avec les parois du récipient qui les contient. rapprochement des atomes/molécules sont nulles ou très faibles (gaz réels). un mouvement brownien. Entre deux collisions, les particules sont animées d'un mouvement rectiligne et uniforme, dont la vitesse moyenne croît avec la température. Les mouvements aléatoires générés par les collisions des atomes/molécules du gaz lui permettent d'occuper entièrement l'espace clos qui le contient (déformabilité parfaite). L3 Physique et Applications - Structure de la matière Claire Laulhé 2 A un instant donné, la distribution des positions des particules de gaz est parfaitement aléatoire. La structure du gaz ne présente donc aucun ordre de position ou ordre

translationnel. Dans les gaz constitués de particules à symétrie non sphérique (molécules),

des degrĠs de libertĠ supplĠmentaires apparaissent en rotation. En l'absence d'interactions,

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Les trois états principaux de la matière