Physique-chimie 8e année : Particules, états de la matière et gaz
Physique-chimie, 8e année (Portugal) : Toute la matière est faite de particules en mouvement ; leur liberté et leur proximité distinguent solides, liquides et gaz et expliquent le lien entre température, volume et pression d'un gaz.
La matière est faite de particules
Tout ce qui est matière est fait de particules minuscules, toujours en mouvement, avec du vide entre elles. C'est pourquoi une goutte de colorant se répand toute seule dans un verre d'eau, sans que personne remue. Dans un solide, les particules sont très proches et ne font que vibrer sur place ; dans un liquide, elles sont proches mais glissent les unes sur les autres ; dans un gaz, elles sont très éloignées et se déplacent librement dans toutes les directions.
Comment savons-nous que les particules existent ?
Personne ne voit les particules, mais on voit ce qu'elles provoquent. Le colorant se répand tout seul dans l'eau. L'odeur du parfum atteint l'autre bout de la pièce. L'air se comprime dans une seringue fermée, mais l'eau à peine : dans un gaz il y a beaucoup de vide entre les particules, dans un liquide presque pas. Chaque observation est un argument pour le modèle particulaire, et c'est ainsi qu'un modèle s'impose en science : il explique ce qu'on observe.
La seringue fermée : volume, pression, température
Bouche la sortie d'une seringue contenant 60 mL d'air et pousse le piston jusqu'à 30 mL. Les particules sont les mêmes, mais le volume est moitié moindre : il y en a deux fois plus par mL (60 ÷ 30 = 2) et plus de chocs contre les parois chaque seconde, donc la pression monte et le piston résiste. Puis fixe un ballon sur le goulot d'une bouteille et plonge-la dans l'eau chaude : les particules vont plus vite, cognent plus fort et le ballon se gonfle. Qualitativement : à température constante, moins de volume donne plus de pression ; plus de température fait monter la pression ou le volume.
Chauffer ne fait pas grossir les particules
Beaucoup pensent qu'en chauffant un gaz ses particules gonflent. Elles ne gonflent pas : chaque particule garde la même taille. Ce qui change, c'est l'agitation, c'est-à-dire la vitesse de leur mouvement. Dans un gaz plus chaud, les particules parcourent plus de chemin et cognent plus fort, donc le gaz occupe plus de volume ou exerce plus de pression. Quand tu penses « le ballon s'est gonflé », pense « plus rapides et plus éloignées », jamais « plus grosses ».
Pompes, pneus et bombes aérosol
Quand tu gonfles le pneu d'un vélo, tu mets plus d'air dans le même volume : plus de particules, plus de pression. Après un long trajet, la pression des pneus d'une voiture est un peu plus élevée, car l'air s'est réchauffé. C'est pourquoi les bombes aérosol préviennent de ne pas les laisser au soleil ni près d'une flamme : le gaz à l'intérieur chauffe et la pression monte. Un paquet de chips fermé gonfle en montagne, où la pression extérieure est plus faible.
Teste ce que tu as appris
Quelle phrase décrit les particules d'un gaz ?
- a) Elles sont très proches et ne font que vibrer sur place
- b) Elles sont proches mais glissent les unes sur les autres
- c) Elles sont très éloignées et se déplacent librement dans toutes les directions
Bonne réponse: c) Elles sont très éloignées et se déplacent librement dans toutes les directions — Exact : grandes distances et mouvement libre expliquent qu'un gaz se comprime et se répande facilement.
Une seringue dont la sortie est bouchée contient 60 mL d'air. On pousse le piston jusqu'à 30 mL, à température constante. Que se passe-t-il ?
- a) La pression baisse, car il y a moins de place
- b) Il y a deux fois plus de particules par mL et plus de chocs contre les parois, donc la pression monte
- c) Les particules rétrécissent pour tenir dans le volume plus petit
- d) Rien ne change, car le nombre de particules est le même
Bonne réponse: b) Il y a deux fois plus de particules par mL et plus de chocs contre les parois, donc la pression monte — Exact : 60 ÷ 30 = 2, donc les mêmes particules se serrent dans la moitié de l'espace et cognent plus souvent les parois.
Un ballon fixé sur le goulot d'une bouteille se gonfle quand on met la bouteille dans l'eau chaude. Qu'est-ce qui l'explique ?
- a) Les particules d'air vont plus vite et cognent plus fort ; leur taille ne change pas
- b) Chaque particule d'air gonfle quand on la chauffe
- c) La chaleur crée des particules d'air supplémentaires dans la bouteille
Bonne réponse: a) Les particules d'air vont plus vite et cognent plus fort ; leur taille ne change pas — Exact : la chaleur agite davantage les particules, ne les grossit pas, et le gaz pousse le ballon vers l'extérieur.
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