Sciences · Chimie
Changements d’état
Un changement d’état est le passage d’une substance d’un état physique à un autre (solide, liquide, gaz) sans changement de sa nature chimique. Il en existe six, chacun portant un nom précis.
Mis à jour le 4 min de lecture
Quand la glace fond ou que l’eau bout, les molécules d’H₂O restent des molécules d’H₂O : seules changent leur organisation et la force qui les retient ensemble. Un changement d’état est donc une transformation physique, réversible, et non une réaction chimique. Les trois états eux-mêmes sont décrits dans la fiche états de la matière ; on détaille ici le vocabulaire, l’énergie en jeu et l’influence de la pression.
Les six changements d’état
| De → vers | Nom | Exemple |
|---|---|---|
| Solide → liquide | Fusion | glaçon qui fond |
| Liquide → solide | Solidification | eau qui gèle |
| Liquide → gaz | Vaporisation | eau qui bout ou s’évapore |
| Gaz → liquide | Liquéfaction | buée sur une vitre froide |
| Solide → gaz | Sublimation | neige carbonique qui « fume » |
| Gaz → solide | Condensation (ou déposition) | givre sur une voiture |
Attention au vocabulaire : dans l’usage scolaire français, le passage gaz → liquide se nomme liquéfaction et « condensation » désigne le passage direct gaz → solide. Dans le langage courant et en météorologie, on parle pourtant de condensation pour la formation de gouttelettes (nuages, rosée, buée).
Évaporation et ébullition
La vaporisation prend deux formes :
- l'évaporation, lente, se produit à toute température, à la surface du liquide : le linge sèche à 20 °C ;
- l'ébullition, rapide, se produit dans toute la masse du liquide, avec formation de bulles, à une température fixe pour une pression donnée (100 °C pour l’eau sous 1 atm).
Énergie et changements d’état
Faire fondre ou vaporiser un corps exige de l’énergie pour vaincre les interactions entre molécules (liaisons hydrogène, forces de Van der Waals). Le changement inverse en libère autant.
| Sens | Changements | Échange d’énergie |
|---|---|---|
| Vers plus de désordre | fusion, vaporisation, sublimation | absorbe de la chaleur (endothermique) |
| Vers plus d’ordre | solidification, liquéfaction, condensation | libère de la chaleur (exothermique) |
Cette énergie s’appelle chaleur latente (ou enthalpie de changement d’état). Pour l’eau :
| Transition | Chaleur latente |
|---|---|
| Fusion de la glace (0 °C) | ≈ 334 kJ/kg |
| Vaporisation de l’eau (100 °C) | ≈ 2 257 kJ/kg |
Vaporiser un kilogramme d’eau demande près de sept fois plus d’énergie que le faire fondre, et plus de cinq fois ce qu’il faut pour le porter de 0 à 100 °C (≈ 418 kJ).
Conséquences concrètes :
- la transpiration refroidit le corps, car l’évaporation de la sueur prélève de la chaleur sur la peau ;
- une brûlure par la vapeur à 100 °C est plus grave qu’une brûlure par l’eau à 100 °C, car la vapeur libère sa chaleur latente en se liquéfiant sur la peau ;
- les arboriculteurs aspergent d’eau les vergers menacés de gel : en gelant, l’eau libère de la chaleur qui protège les bourgeons.
Le palier de température
Pour un corps pur, la température reste constante pendant tout le changement d’état, à pression fixée : l’énergie reçue sert à changer d’état, non à chauffer. C’est le palier de fusion ou d’ébullition. Un mélange (eau salée, alliage, cire) change d’état sur une plage de températures. Le palier est d’ailleurs un critère pour reconnaître un corps pur.
Le rôle de la pression
La température d’ébullition dépend fortement de la pression :
| Lieu ou dispositif | Pression | Ébullition de l’eau |
|---|---|---|
| Sommet de l’Everest | ≈ 0,33 atm | ≈ 70 °C |
| Mont Blanc | ≈ 0,55 atm | ≈ 84 °C |
| Niveau de la mer | 1 atm | 100 °C |
| Autocuiseur | ≈ 2 atm absolus | ≈ 120 °C |
Le diagramme de phases
Un diagramme pression–température indique l’état stable d’un corps dans chaque condition. Trois courbes séparent les domaines solide, liquide et gaz ; elles se rejoignent au point triple, où les trois états coexistent (0,01 °C et 611,657 Pa pour l’eau). Au-delà du point critique (374 °C et 22,1 MPa pour l’eau), liquide et gaz ne se distinguent plus : on parle de fluide supercritique.
L’eau présente une particularité : sa courbe de fusion penche vers la gauche, car la glace est moins dense que l’eau liquide. Augmenter la pression abaisse légèrement sa température de fusion.
Pourquoi la neige carbonique se sublime
Le point triple du CO₂ se situe à 5,1 atm. À la pression atmosphérique, le CO₂ ne peut donc pas exister à l’état liquide : le solide passe directement à l’état gazeux, à −78,5 °C.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre évaporation et ébullition ?
L’évaporation se fait lentement, en surface et à toute température. L’ébullition se fait dans tout le liquide, avec des bulles, à une température précise qui dépend de la pression.
Un changement d’état est-il une réaction chimique ?
Non. Les molécules restent les mêmes ; seules leurs distances et leur agitation changent. C’est une transformation physique, réversible.
Comment s’appelle le passage de gaz à solide ?
La condensation (ou condensation solide, déposition). C’est ainsi que se forment le givre et les flocons de neige à partir de la vapeur d’eau.