Bienvenue Arts Sciences Technologies Tutoriels Vrac  
  Astronomie Mathématique Physique Textes  
 
 

Groupe  :   Invité

les Sarto's > Bienvenue > Sciences > Chimie > La matière dans tous ses états
 
    La matière dans tous ses états  
    Frank Bricard - Science & vie junior - 1997-94-91      
    Un vélo qui s'évapore dans l'atmosphère…
Un morceau de granit qui coule comme de l'eau de roche…
L'air que vous respirez solide comme une barre de fer…
Difficile a croire ? Et pourtant, c'est possible !
Car la matière qui nous entoure peut prendre de NOMBREUSES FORMES et en changer souvent.
Une histoire d 'ATOMES, d'ÉNERGIE…
et d'"esprit de famille".
 
    Pas de doute : l'eau bout, les glaçons fondent et il pleut souvent dans nos contrées. Qu'elle soit liquide, solide ou gazeuse, l'eau change donc sans cesse de forme, sous l'action du Soleil, du réfrigérateur ou de la Cocotte-Minute. Pourtant, de la moindre goutte au plus gigantesque iceberg, elle se compose toujours des mêmes éléments, si minuscules que les plus puissants des microscopes sont encore incapables de les distinguer.  
    Mais imaginons un instant qu'un tel instrument existe. Et qu'à chaque seconde qui passe, vous puissiez voir au travers des détails dix fois plus petits : 1 m devient 10 cm… puis 1 mm… puis 0.1 mm… et ainsi de suite. Au bout de dix secondes, vous observerez des détails microscopiques de 1 Å (angström), une unité de mesure qui vaut 0.000'000'000'1 m ! Autant de 0 que de secondes écoulées. Une dimension très importante, puisqu'elle correspond à la taille des atomes les plus simples.  
Quésaco,
ces atomes ?
  Ce sont en quelque sorte de minuscules briques dont toute la matière de l'Univers est composée. D'infimes corpuscules (des corps très petits) ainsi baptisés parce que, il y a près de 2'400 ans, les philosophes de l'Antiquité avaient déjà supposé leur existence (atomos, en grec, signifie "indivisible"). Mais en débit de cette formidable intuition, nos philosophes ne pouvaient pas se douter que l'atome est lui-même constitué de particules encore plus petites. Reste que l'atome demeure l'élément de base de la matière. Et vous le retrouverez immanquablement dans tous ses états, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse.  
    Même s'ils se ressemblent beaucoup, les atomes (qu'on appelle aussi "éléments") sont loin d'être identiques. Un peu comme les lettres de l'alphabet : elles sont différentes, mais composent ensemble des mots, des phrases, puis des textes entiers. Il existe ainsi une centaine d'atomes qui se distinguent par leur noyau et le nombre d'électrons qui tournent autour. En revanche, il ont en commun un certain esprit de famille : ils se regroupent pour former ce qu'on appelle des "molécules". Des assemblages de deux, trois, quatre… voire plus de mille atomes ! De simples lettres de l'alphabet qui composent l'Univers, ils s'associent pour devenir des "mots".  
    Prenez l'exemple de l'eau, la molécule la plus répandue sur notre bonne vieille Terre : elle se compose d'une atome d'oxygène (symbole : O) et de deux atomes d'hydrogène (H); d'où la célèbre formule : eau = H2O. De même, le sel de cuisine est composé d'un atome de sodium (Na) et d'un autre de chlore (Cl); et sa formule chimique s'écrit simplement, en accolant les symboles de ces éléments : NaCl. Quel nom barbare pour assaisonner un steak !  
   

Aux portes de l'infiniment petit

 
Secouez-moi,
secouez-moi !
  Dans un glaçon, les molécules s'agitent très peu autour de leur position moyenne : l'attraction entre elles est la plus forte, et il est difficile de les séparer.  
    En leur fournissant de l'énergie sous forme de chaleur, les molécules vibrent de plus en plus… jusqu'à s'agiter tellement qu'elles quittent leur position bien organisée.  
    L'attraction entre molécules existe toujours, mais elle peuvent maintenant se déplacer librement. C'est l'état liquide.  
    Encore un peu de chaleur, et la sarabande des molécules est telle que la force d'attraction devient négligeable. Elles cherchent alors à s'échapper sous forme de vapeur d'eau : c'est l'état gazeux.  
Et la matière
vivante ?
  Les cellules, qui sont à la base de la vie, sont elles aussi composées d'atomes et de molécules. Mais leur structure est si complexe que la matière vivante échappe à toute classification systématique en différents états, liquide, solide ou gazeux. C'est aussi le cas des produits d'origine animale ou végétale, comme les os d'un squelette, le pétrole ou les planches de bois. Qui a jamais vu, par exemple, une table de chêne fondre comme un glaçon ou s'évaporer dans l'air ?  
Solides
coulants !
  Si l'état cristallin est très largement répandu dans la nature, il existe toutefois des solides dont les molécules s'arrangent au hasard, sans aucune organisation géométrique. En fait, leur répartition ressemble d'avantage à l'état désordonné des liquides, sauf que les molécules y sont figées. On qualifie ces solides d'"amorphes" (qui n'ont pas de forme) ou de "vitreux", car le verre est le plus répandu d'entre eux. Encore plu surprenant : ces solide "coulent", mais très, très lentement. Par exemple, si l'on donnait suffisamment de temps - plusieurs siècles - aux vitraux d'une cathédrale, les molécules du haut descendraient peu à peu sous l'action de leur propre poids. Et la base deviendrait certainement plus épaisse que le sommet !  
Des cristaux
liquides
  Des milliers d'espèces de cristaux ne se transforment pas directement en liquides au moment de la fusion. Ils passent par un état intermédiaire, à la fois fluide et qui conserve un certain ordre à grande échelle. Très logiquement, ils ont donc été baptisés "cristaux liquides" : Les molécules qui les composent ont la forme de bâtonnets allongés et peuvent s'assembler selon plusieurs structures : elles s'alignent parallèlement dans les cristaux "nématiques", ou se disposent perpendiculairement sur des surfaces parallèles dans le "smectiques". Certaines peuvent même épouser une structure verticale en forme d'hélice dans les cristaux "cholestériques" : Si l'utilisation des cristaux liquides pour des fonctions d'affichage (montres, écrans d'ordinateurs) les rend déjà très précieux, de nombreuses équipes de scientifiques cherchent encore à en démontrer de nouvelles propriétés.  
D'un état
à l'autre
  Quel que soit le sens du changement d'état, la température de passage de l'un à l'autre est toujours la même à pression égale : la température de fusion = température de solidification; température de vaporisation = température de liquéfaction. Mais certains de ces phénomènes n'interviennent que pour des températures inhabituelles sur Terre, voire uniquement accessibles par certaines technologies. Par exemple, si vous voulez vaporiser un vélo en aluminium, préchauffez d'abord votre (grand) four à environ 2'470°C; assurez-vous que la température y est constante, puis placez-y le vélo en prenant garde de ne pas vous brûler; très rapidement cadre et pédales se transforment en gaz ! L'orfèvre, lui, ne doit élever la température de l'or qu'à 1'063°C pour le faire fondre. Quand à distiller de l'alcool, il faut le chauffer à quelque 78°C pour que les vapeurs se dégagent. Mais attention à ne pas trop les respirer. Hips ! En revanche, le mercure, qui est le seul métal qu'on trouve couramment sous forme liquide, se solidifie à -39°C; l'oxygène que vous respirez se liquéfie à -183°C et devient dur comme du bois à -259°C. Quand on s'enfonce dans la croûte terrestre, les roches granitiques fondent et coulent sans cesse sous forme de magma à quelques 700°C.  
NB.   Pour passer directement du solide au gaz (sublimation), il faut un apport violent d'énergie; à l'inverse, la condensation d'un gaz à l'état solide exige un refroidissement brutal.  
       
  top Science & vie junior - 1997-94-91