Les activités suivantes visent une population de collégiens et de lycéens, bien que certains contenus soient abordables par des élèves d’école élémentaire plus avancés. La page constitue également une excellente révision pour les élèves de niveau supérieur. Tous les exercices font usage de javascript qui fournit un environnement plus interactif.

Tout sur Terre peut être expliqué en termes de 4 états (phases) de la matière– solide, liquide, gaz et plasma.

Quelles sont les propriétés d’un solide ?

Une substance en phase solide est relativement rigide, a un volume et une forme définis.

Les atomes ou les molécules qui composent un solide sont serrés les uns contre les autres et ne sont pas compressibles.

Parce que tous les solides ont une certaine énergie thermique, ses atomes vibrent. Cependant, ce mouvement est très petit et très rapide, et ne peut être observé dans des conditions ordinaires.

Quels sont les différents types de solides ?

Il existe quatre types de solides cristallins —

	Solides ioniques– Ces substances ont un point de fusion défini et contiennent des liaisons ioniques. Un exemple serait le chlorure de sodium (NaCl). Visualisez la structure tridimensionnelle d’un cristal de sel.
	Solides covalents — Ces substances apparaissent comme une seule molécule géante composée d’un nombre presque infini de liaisons covalentes. Un exemple serait le graphite. Voir la structure 3-D du graphite).
	Les solides moléculaires sont représentés comme des unités répétitives composées de molécules. La glace en est un exemple. Visualisez la structure tridimensionnelle de la glace.
	Les solides métalliques sont des unités répétitives constituées d’atomes métalliques. Les électrons de valence des métaux sont capables de sauter d’un atome à l’autre.

Solides amorphes
Les solides amorphes n’ont pas un point de fusion défini ou des unités répétitives régulières. Un solide amorphe est un solide dans lequel il n’y a pas d’ordre à longue portée des positions des atomes contrairement à ceux des solides cristallins. Le verre à vitre est un exemple de solide amorphe. Les solides amorphes peuvent exister dans deux états distincts, l’état « caoutchouteux » et l’état « vitreux ». La température à laquelle ils font la transition entre les états vitreux et caoutchouteux est appelée leur température de transition vitreuse ou Tg.

Note intéressante sur les solides : Bien que l’absence totale de masse soit une impossibilité, les aérogels semblent s’en rapprocher. Les aérogels sont les solides les plus légers et ont une densité de 1,9 mg par cm3 ou 1,9 kg/m3 (526,3 fois plus léger que l’eau). Parfois appelés fumée gelée, les aérogels sont des polymères à cellules ouvertes dont les pores ont un diamètre inférieur à 50 nanomètres.

Quelles sont les propriétés d’un liquide ?

Les liquides ont un volume défini, mais sont capables de changer de forme en s’écoulant.

Les liquides sont similaires aux solides en ce sens que les particules se touchent. Cependant les particules sont capables de se déplacer.

Puisque les particules peuvent se toucher, les densités des liquides seront proches de celle d’un solide.

Puisque les molécules de liquide peuvent se déplacer, elles prendront la forme de leur contenant.

Quelles sont les propriétés spécifiques des liquides ?

Viscosité –La résistance d’un liquide à l’écoulement est appelée sa viscosité

Tension superficielle — Le résultat de l’attraction entre les molécules d’un liquide qui fait que la surface du liquide agit comme un mince film élastique sous tension. La tension superficielle fait que l’eau forme des gouttes sphériques.

Pression de vapeur — La pression qu’exerce un solide ou un liquide lorsqu’il est en équilibre avec sa vapeur à une température donnée.

Point d’ébullition — lorsque la pression de vapeur = pression atmosphérique.

Quelles sont les propriétés d’un gaz ?

Les gaz n’ont pas de volume ou de forme définis. S’ils ne sont pas confinés, les gaz s’étendront indéfiniment. S’ils sont confinés, ils prendront la forme de leur récipient. Ceci est dû au fait que les particules de gaz ont suffisamment d’énergie pour surmonter les forces d’attraction. Chacune des particules sont bien séparées résultant en une très faible densité.

Qu’est-ce que le quatrième état de la matière ?

Le quatrième état de la matière est le plasma. Le plasma est un gaz ionisé, un gaz dans lequel on apporte suffisamment d’énergie pour libérer les électrons des atomes ou des molécules et permettre aux deux espèces, ions et électrons, de coexister. En fait, un plasma est un nuage de protons, de neutrons et d’électrons où tous les électrons se sont détachés de leurs molécules et atomes respectifs, ce qui donne au plasma la capacité d’agir comme un tout plutôt que comme un groupe d’atomes. Les plasmas sont l’état le plus commun de la matière dans l’univers, comprenant plus de 99% de notre univers visible et la plupart de ce qui n’est pas visible. Le plasma existe à l’état naturel et constitue la matière de notre soleil, le cœur des étoiles et se trouve dans les quasars, les pulsars émettant des rayons X et les supernovas. Sur Terre, le plasma est naturellement présent dans les flammes, les éclairs et les aurores boréales. La plupart des plasmas spatiaux ont une densité très faible, par exemple le vent solaire qui ne compte en moyenne que 10 particules par centimètre cube. Les collisions interparticulaires sont peu probables – d’où le fait que ces plasmas sont dits sans collision.

Et maintenant un cinquième état — Bose Einstein?

L’effondrement des atomes en un seul état quantique est connu sous le nom de condensation de Bose ou condensation de Bose-Einstein est maintenant considéré comme un 5e état de la matière.

Récemment, les scientifiques ont découvert le condensat de Bose-Einstein, qui peut être considéré comme l’opposé d’un plasma. Il se produit à une température ultra-basse, proche du point où les atomes ne bougent plus du tout. Un condensat de Bose-Einstein est une phase gazeuse superfluide formée par des atomes refroidis à des températures très proches du zéro absolu. Le premier condensat de ce type a été produit par Eric Cornell et Carl Wieman en 1995 à l’université du Colorado à Boulder, à partir d’un gaz d’atomes de rubidium refroidis à 170 nanokelvins (nK). –Dans de telles conditions, une grande partie des atomes s’effondrent dans l’état quantique le plus bas, produisant un superfluide. Ce phénomène a été prédit dans les années 1920 par Satyendra Nath Bose et Albert Einstein, sur la base des travaux de Bose sur la mécanique statistique des photons, qui ont ensuite été formalisés et généralisés par Einstein.