Chapitre 4 : Les trois états de la Matière

Un mot plusieurs sens 

« La Matière » est un mot qui nous pose souvent problème au collège quand on doit le faire apprendre à nos élèves. Le mot est tellement « banal » et répandu qu’il en devient difficile pour eux d’appréhender sa signification physique.

Après tout quand un professeur de la matière « physique-chimie » demande à ses élèves de définir le mot « matière », et bien ça donne matière à réflexion, non ?

C’est l’un des premiers murs de la science à surmonter, pouvoir s’affranchir d’un concept que l’on connait bien et dont on connait les codes (la matière c’est la physique, le français, l’histoire…) à un concept si ce n’est radicalement opposé, tout au moins différent.

C’est la fameuse page blanche de l’élève : un élève n’arrive pas devant nous comme une page blanche sur laquelle on va pouvoir écrire tout le savoir dont on dispose ; c’est une page déjà bien remplie de toutes sortes de savoirs (vrais ou faux peu importe) qu’il faut non pas déconstruire mais intégrer à l’intérieur d’une plus grande connaissance.

Qu’est-ce donc que la matière en physique-chimie ? 

On définit la matière comme étant ce qui compose un corps caractérisé par sa masse et son volume (son étendue pour parler savamment).

Soit dit en passant le mot corps est lui aussi sujet à interprétation. Demandons à quelqu’un de dessiner un corps, il dessinera un corps humain (même pas celui d’un animal). Alors qu’en physique le corps est tout simplement « l’objet » étudié, qu’il ait ou non une âme.

La matière est donc une substance que l’on peut toucher, qui a une réalité sensorielle, palpable. 

Ainsi en première approximation on peut considérer que tout autour de nous (y compris nous-même) est de la matière, si ce n’est le vide (et les phénomènes ondulatoires).

Les Trois (+1) états de la matière

La matière peut se trouver sous trois états : l’état solide, liquide et gazeux. A ces trois états se rajoute parfois un quatrième l’état plasma (mais qui n’est un état un peu particulier).

Ainsi si on prend l’eau comme exemple on peut la trouver sous forme de glace (état solide), rosée (état liquide) ou vapeur d’eau (état gazeux). Ce qui va distinguer ces trois états sont la façon dont sont « rangés » les entités chimiques composant le corps .

Ici il ne faut pas confondre « forme » et « état ». La matière (de l’eau) sous un certain état (solide) peut se trouver sous plusieurs formes (glace, grêle, neige…)

L’état solide :

On peut distinguer deux types d’état solide :

  • Les solides compacts : on peut les tenir dans la main sans qu’ils se déforment, on dit qu’ils possèdent une forme propre. On en distingue également deux formes selon comment sont agencées les entités à l’intérieur :
    • Les solides cristallins, les entités se lient entre elles en formant un schéma très ordonné et régulier (le diamant, les pains de sel…)
    • Les solides amorphes, les entités se lient « n’importe comment » sans véritable schéma (Le verre, le sucre en morceaux…)
  • Les solides divisés : on ne peut pas les tenir dans la main sans qu’ils se déforment. Ils ne possèdent donc pas de forme propre (le sel ou sucre en poudre, la farine…)

Cependant qu’il soit compact ou divisé ce qui va caractériser un solide par rapport aux deux autres états c’est que les entités qui composent la matière vont être en contact et immobiles les unes par rapport aux autres.

L’état Solide conserve également son volume. Prenez 20 cl de farine, transvasez-la dans un autre récipient et vous obtiendrez toujours 20 cl. Pas forcément répartis de la même manière, mais cela restera le même volume.

Quelque soit le récipient, ce citron garde sa même forme !

L’état liquide :

La matière à l’état liquide ne possède pas de forme propre. Vous allez me dire mais quelle différence avec le solide divisé ? Et bien la matière à l’état liquide va épouser le récipient qui va le contenir : elle en prend sa forme ou bien elle s’étale sur toute la surface sur laquelle elle est déposée :

Prenez un verre d’eau et versez-le sur une table, l’eau va s’étaler. Prenez la farine et versez-la sur la table et elle va former un tas irrégulier. C’est là qu’est la différence.

On dit d’ailleurs que les liquides ont une surface libre (la surface qui est en contact avec l’air) plane et horizontale. Plane signifiant sans irrégularité et horizontale signifiant parallèle au sol.

Que le bécher soit droit ou penché la surface libre restera plane ou horizontale.

L’état liquide possède deux choses en commun avec l’état solide : un volume propre et des entités en contact les unes des autres.

Cependant ces dernières sont plus espacées et capables de se mouvoir les unes par rapport aux autres, même pour un verre d’eau au repos.


L’état gazeux :

Dans cet état la matière ne possède plus ni forme propre, ni volume propre.

Les entités sont libres de se mouvoir dans tout l’espace dont elles disposent et l’ensemble prendra la forme du récipient qui le contient.

Les entités sont donc en mouvement et n’ont de contacts les unes avec les autres que lorsqu’elles se percutent. 

Lorsqu’on retire la feuille, le gaz vert se répand dans tout l’espace disponible

On peut rajouter à ces propriétés le fait qu’un gaz est facilement compressible à la différence d’un liquide (possible mais très faiblement) ou d’un solide compact (encore plus difficile).

On peut donc voir la différence entre ces trois état comme en quelque sorte l’espacement qui sépare les entités le composant : à l’état solide les entités sont serrées les unes contre les autres puis plus espacées à l’état liquide pour finir indépendantes à l’état liquide.

Agencement des entités selon les trois états de la matière (solide, liquide, gazeux)
L’état plasma :

Les plasma sont des gaz ionisé. Pour rappel quelque soit l’entité elle sera composée d’atomes formé à partir d’un noyau et d’électrons gravitant autour.

En chauffant le gaz on va arracher des électrons aux atomes et se retrouver avec une sorte de soupe de noyau et d’électrons les uns à côtés des autres. Cela va permettre de multiples collisions ce qui va changer la dynamique de l’ensemble.

Conclusion :

La matière se trouve sous trois états principaux : solide, liquide et gazeux. Ce qui les distingue est l’agencement des entités composant la matière. 

Le solide est un état très compact où les entités sont fixes les unes par rapport aux autres (à l’exception des solides divisés). C’est un état très peu voir quasiment pas compressible.

Le liquide est un état compact mais où les entités, bien qu’en contact, sont libres de se mouvoir les unes par rapport aux autres. C’est un état peu compressible.

Le gaz est un état dispersé et désordonnés où les entités sont totalement libres les unes par rapport aux autres et se meuvent dans tout l’espace disponible. C’est un état facilement compressible.