Objectifs du chapitre
Ce que tu vas savoir faire
- Distinguer état physique, espèce chimique, corps pur et mélange.
- Interpréter les états et leurs changements avec un modèle particulaire.
- Distinguer dissolution, miscibilité et changement d'état.
- Calculer masse, volume et masse volumique avec des unités cohérentes.
- Lire un palier et expliquer pourquoi la température ne suffit pas toujours à identifier un corps.
- Construire un protocole de mesure et discuter ses limites.
Deux morceaux du même matériau ont des masses différentes. Cela suffit-il à dire qu'ils sont constitués de matières différentes ? Non : il faut aussi connaître leurs volumes. À température comparable, doubler la quantité d'un matériau homogène double sa masse et son volume, mais pas leur quotient.
Étape 1
États physiques et modèle de particules
Un solide possède généralement une forme propre et un volume propre. Un liquide prend la forme du récipient mais conserve approximativement son volume. Un gaz occupe tout le volume disponible et est compressible. Ces descriptions concernent des conditions données de température et de pression. Le mot fluide regroupe liquides et gaz ; il ne signifie pas seulement liquide. Une poudre s'écoule, mais les grains qui la composent restent des solides.
Le modèle particulaire représente la matière par des particules en mouvement. Dans un solide, elles restent proches et organisées, avec des mouvements autour de positions. Dans un liquide, elles restent proches mais peuvent changer de voisinage. Dans un gaz, elles sont bien plus éloignées et se déplacent dans tout le volume. Ce modèle explique la compressibilité d'un gaz sans supposer que les particules elles-mêmes se rapetissent lorsqu'on comprime le récipient.
Un modèle est une représentation utile, pas une photographie. Les particules d'eau ne sont ni bleues ni faites de petites gouttes. Leur nature ne change pas lors d'une simple fusion ou vaporisation : de l'eau liquide et de la vapeur d'eau contiennent la même espèce chimique. En revanche, leurs arrangements, mouvements et distances moyennes diffèrent. Distinguer l'échelle visible et le modèle évite de confondre changement physique et transformation chimique.
À retenir. Un changement d'état change l'organisation de la matière, pas nécessairement la nature de ses particules.
Étape 2
Corps purs, mélanges et dissolutions
Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique ; un mélange en contient plusieurs. Homogène signifie qu'on ne distingue pas plusieurs phases à l'œil dans les conditions de l'observation, pas qu'il n'y a qu'une espèce. Une eau salée peut être homogène tout en contenant de l'eau et des espèces issues du sel. Un liquide transparent n'est donc pas nécessairement un corps pur, et la couleur ne permet pas à elle seule de décider.
Deux liquides sont miscibles lorsqu'ils forment un mélange homogène dans les proportions étudiées. Dissoudre un solide consiste à le répartir dans un solvant ; le soluté ne disparaît pas et ne fond pas nécessairement. À température fixée, une quantité maximale peut se dissoudre dans un volume donné. Une solution saturée ne peut plus dissoudre davantage de ce soluté dans ces conditions. Si on ajoute encore du solide, un dépôt peut rester : il faut distinguer la solution et l'ensemble contenant ce dépôt.
La solubilité s'exprime par exemple en grammes de soluté par litre de solvant pour les données de ce chapitre. Lis toujours la convention du tableau ; certains documents rapportent une masse à la masse de solvant. Pour une donnée de 36 g pour 100 mL d'eau à une température précisée, la valeur est 360 g/L d'eau. Cette information fictive sert au calcul, pas à garantir la solubilité de tout produit. Une filtration sépare des particules solides non dissoutes ; elle ne retire pas le sel d'une eau salée homogène.
Exemple résolu · Pas à pas
Prévoir un dépôt avec une solubilité fournie
Donnée fictive à 20 °C : un soluté se dissout au maximum à raison de 24 g pour 100 mL d'eau. On ajoute 80 g à 250 mL d'eau. Quelle masse peut rester non dissoute ?
- Le volume d'eau est 2,5 fois 100 mL ; le maximum dissous est 24 × 2,5 = 60 g.
- La masse ajoutée dépasse le maximum : 80 − 60 = 20 g.
- Le modèle suppose un mélange suffisamment long à température constante ; le dépôt peut être filtré, mais pas les 60 g dissous.
20 g peuvent rester non dissous ; la masse totale du système n'a pas disparu.
À retenir. Homogène n'est pas synonyme de pur ; dissoudre n'est pas fondre ni faire disparaître la matière.
Étape 3
Masse volumique : choisir le bon quotient
La masse mesure une quantité de matière pour un objet donné et s'exprime en kg ou g. Le volume mesure l'espace occupé et s'exprime notamment en m³, L ou cm³. La masse volumique ρ est la masse divisée par le volume : . Elle s'exprime dans l'unité correspondant aux deux grandeurs utilisées, par exemple g/cm³. À température donnée, elle caractérise un matériau homogène ; elle n'est pas la masse d'un objet de n'importe quelle taille.
Pour calculer, relève les grandeurs, convertis-les si nécessaire, écris la relation puis remplace par les valeurs. Les deux formes équivalentes sont et . Une masse volumique de 2,7 g/cm³ signifie qu'un volume de 1 cm³ possède une masse de 2,7 g, dans les conditions annoncées. Un échantillon de 10 cm³ a alors une masse de 27 g. Le quotient reste constant lorsque la quantité de ce même matériau change.
Un millilitre vaut un centimètre cube ; un litre vaut 1 000 cm³ ; un mètre cube vaut 1 000 litres. Ainsi 1 g/cm³ correspond à 1 000 kg/m³, non à 1 kg/m³. Une valeur tabulée doit être comparée à une mesure avec ses conditions et son incertitude. Deux matériaux peuvent avoir des masses volumiques proches ; une seule mesure ne fournit pas une identification certaine. La température intervient parce que le volume peut varier sans changer la masse.
À retenir. Écris les unités avant le quotient : une conversion du volume peut changer la valeur par un facteur 1 000.
Étape 4
Mesurer un volume sans confondre modèle et expérience
Pour un liquide, un protocole scolaire peut utiliser une balance et une éprouvette graduée. On mesure la masse du récipient vide, puis celle du récipient contenant le volume lu. On place l'œil au niveau approprié du ménisque pour limiter la parallaxe et on choisit des instruments dont la graduation convient à la quantité. Les consignes de ton professeur précisent le matériel, le liquide et les précautions. Le site te fait analyser le protocole ; il ne réalise pas les mesures à ta place.
Pour un solide de forme irrégulière, on peut exploiter une immersion encadrée : le volume déplacé est la différence entre le volume final et le volume initial. Cette méthode suppose notamment que le solide soit totalement immergé, ne se dissolve pas, ne réagisse pas avec le liquide et ne retienne pas de bulles importantes. Elle ne convient pas automatiquement à un objet poreux ou flottant. Il faut justifier le choix du protocole plutôt que appliquer un geste sans vérifier ses conditions.
Répéter une mesure et comparer les résultats permet d'évaluer sa dispersion. Une balance donnant des grammes ne permet pas d'affirmer une masse au millionième de gramme. Avec une masse de 54 g et un volume déplacé de 20 cm³, on calcule 2,7 g/cm³ ; on conserve un nombre de chiffres compatible avec les mesures. Si deux identifications restent possibles, une autre propriété et un autre test sûr doivent être discutés. Aucun produit inconnu ne doit être goûté, senti directement ou mélangé pour l'exercice.
À retenir. Un protocole comprend grandeurs, instruments, conditions de validité, sécurité et limites de précision.
Étape 5
Température et masse volumique : lire deux mesures du même liquide
La masse volumique n'est pas une étiquette indépendante des conditions. Quand la température d'un liquide homogène augmente, son volume peut augmenter alors que sa masse reste la même si rien n'entre ni ne sort du récipient. Comme , un volume plus grand pour la même masse conduit alors à une masse volumique plus faible. Il faut donc noter la température avec une valeur de masse volumique et ne pas comparer deux mesures comme si elles avaient été prises dans les mêmes conditions.
Le tableau ci-dessous concerne le liquide Z, inventé pour cet exercice. À 15 °C, ses 72 g occupent 80,0 cm³ ; à 35 °C, les mêmes 72 g occupent 81,6 cm³ dans le modèle. On calcule g/cm³, puis g/cm³. La masse n'a pas diminué : c'est le dénominateur qui a changé. Le symbole ≈ signale ici un arrondi au millième.
Ces données permettent de préparer un raisonnement, pas de réaliser une expérience thermique. Un protocole encadré préciserait le liquide autorisé, les instruments, la température à relever, la tare du récipient et le temps d'attente avant lecture. Il éviterait de chauffer un récipient fermé et ne ferait pas conclure à une loi générale à partir de deux relevés fictifs. Les unités restent cohérentes : g avec cm³ donnent g/cm³ ; une réponse numérique sans unité ne dit pas quelle grandeur a été calculée.
Tableau original Maxdecours : liquide Z et résultats inventés pour apprendre à séparer masse, volume, température et masse volumique ; aucun liquide réel ni expérience effectuée.
| Température (°C) | Masse dans le récipient taré (g) | Volume lu (cm³) |
|---|---|---|
| 15 | 72,0 | 80,0 |
| 35 | 72,0 | 81,6 |
Calcule une masse volumique pour chaque ligne, puis explique quelle grandeur varie dans ce modèle et laquelle est conservée.
À retenir. À masse identique, si le volume augmente avec la température, la masse volumique diminue ; compare toujours des mesures prises dans des conditions indiquées.
Étape 6
Lire une courbe de chauffage et un palier
La fusion transforme un solide en liquide ; la solidification est l'inverse. La vaporisation transforme un liquide en gaz ; la liquéfaction fait l'inverse. L'évaporation peut se produire à la surface d'un liquide sans ébullition. La vapeur d'eau, gaz, est invisible ; le nuage blanc visible près d'une eau chaude est principalement constitué de minuscules gouttelettes. Un changement d'état nécessite un transfert d'énergie, même lorsque la température n'augmente pas pendant un palier.
Dans le modèle de chauffage proposé, la température monte jusqu'à 0 °C, reste constante pendant la fusion puis augmente lorsque toute la matière est devenue liquide. Durant le palier, deux états coexistent et l'énergie reçue sert au changement d'état. On ne doit donc pas conclure que le chauffage est arrêté. Pour un corps pur, sous pression fixée, un changement d'état peut présenter une température caractéristique. La valeur dépend de l'espèce et des conditions, notamment de la pression pour l'ébullition.
Pour lire un graphique, précise d'abord axes et unités, puis décris les intervalles. Un palier ne prouve pas à lui seul que l'échantillon est de l'eau : il faut connaître les conditions, les états présents et d'autres informations. Une courbe réelle peut être moins régulière que ce schéma, avec des écarts de mesure ou un chauffage non uniforme. Les données ci-dessous sont inventées pour apprendre la lecture ; elles ne sont pas présentées comme une expérience effectuée.
Données et schéma originaux Maxdecours, construits pour l'exercice ; pression supposée constante, aucun relevé expérimental réel.
| Temps (min) | Température (°C) |
|---|---|
| 0 | −20 |
| 1 | −10 |
| 2 | 0 |
| 3 | 0 |
| 4 | 0 |
| 5 | 0 |
| 6 | 10 |
| 7 | 20 |
Agrandir l’imageDécris les trois intervalles. Durant le palier, le chauffage reste actif ; explique l'usage de l'énergie reçue.
À retenir. Pendant un palier, la température peut rester constante alors que la matière reçoit de l'énergie et change d'état.
Étape 7
Conservation de la masse, variation du volume
Lors d'un changement d'état dans un système fermé, la masse de la substance se conserve. Les particules ne sont ni créées ni détruites par la fusion ; elles se réorganisent. Le volume peut en revanche changer parce que leur arrangement et leurs distances moyennes changent. Il ne faut pas conclure à une perte de matière en observant seulement un niveau qui baisse ou une substance qui n'est plus visible sous forme liquide.
Lors d'une dissolution sans réaction et sans perte, la masse totale est la somme des masses initiales. Avec 100 g d'eau et 5 g de soluté, le système final possède 105 g. Les volumes ne sont pas toujours additifs : mélanger deux liquides de 100 mL ne garantit pas exactement 200 mL. Une grandeur peut donc être conservée sans qu'une autre le soit. À cette échelle, il faut distinguer une règle de conservation et une observation portant sur un autre objet de mesure.
Une pesée réalisée en système ouvert peut changer si un gaz s'échappe ou si de la vapeur sort. La masse ne disparaît pas : une partie quitte la frontière du système pesé. Pour comparer les masses, il faut préciser ce qui est inclus avant et après, par exemple récipient, matière et gaz. Cette distinction prépare l'étude des transformations chimiques. Une hypothèse de conservation se contrôle avec un protocole conçu par le professeur, pas par la manipulation solitaire d'un récipient chauffé ou fermé sous pression.
À retenir. La masse se conserve pour un système fermé ; le volume n'est pas une quantité nécessairement conservée.
L’essentiel à retrouver
Ta fiche de révision
- Solide, liquide et gaz se distinguent par leurs propriétés et l'organisation des particules.
- Un mélange homogène n'est pas nécessairement un corps pur ; dissoudre n'est pas fondre.
- ρ = m/V, m = ρV et V = m/ρ ; les unités doivent être cohérentes.
- 1 mL = 1 cm³ ; 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³.
- Un palier peut correspondre à un changement d'état d'un corps pur sous pression fixée.
- La masse se conserve dans un système fermé ; le volume peut varier. Une identification reste conditionnée par la précision et les autres indices.
Des erreurs à comprendre
Transparent signifie pur.
Une solution transparente peut contenir plusieurs espèces ; homogénéité et pureté sont différentes.
Le soluté a disparu parce qu'on ne le voit plus.
Il est réparti dans le solvant ; dans un système sans perte, sa masse contribue toujours à la masse totale.
Le chauffage ne sert à rien durant un palier.
L'énergie reçue permet le changement d'état sans nécessaire augmentation de température.
Je divise la masse du récipient rempli par le volume du liquide.
Soustrais la masse du récipient avant de calculer la masse volumique du liquide.
Deux volumes s'additionnent toujours exactement.
La conservation de la masse ne garantit pas l'additivité des volumes.
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Sources et repères
Édition Maxdecours · Année scolaire 2026-2027 · Vérification documentaire : 2026-10-20.
Programme du cycle des approfondissements, BO n° 31 du 30 juillet 2020 · Ministère de l'Éducation nationale · Physique-chimie, pages 97-100 PDF : états, mélanges, masse volumique, changements d'état et repères de progressivité ; compétences de protocole p. 95-97. Texte utile relu le 3 octobre 2026 ; annualisation Maxdecours.
Enseigner au cycle 4 : programmes à la rentrée 2026-2027 · Éduscol, DGESCO · Tableau 2026-2027, troisième : programme applicable de cycle 4.
Le site permet de lire des données, calculer et discuter des protocoles. Pesées, immersions, chauffage et expériences se réalisent uniquement dans les conditions fixées par ton professeur ; aucun résultat numérique ne valide une manipulation réelle.