relecture du début du chapitre sur la matière
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@ -1,76 +1,75 @@
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\chapter{La matière}
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A l'issue le cycle 4 vous devez avoir une vision claire de la matière qui vous entoure de ses constituants et de ses propriétés. Ces propriétés alliées à des grandeurs physiques sont là pour permettre de la décrire avec du vocabulaire précis, ayant un sens précis et appelant à des informations précises.
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À l'issue le cycle 4, vous devez avoir une vision claire de la matière qui vous entoure, de ses constituants et de ses propriétés. Ces propriétés alliées à des grandeurs physiques sont là pour permettre de la décrire avec du vocabulaire précis, ayant un sens précis et appelant à des informations précises.
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Les autres introductions du cycle 4 sont les grandeurs physiques complétées d'unités (sauf quelques rares exceptions), aux unités s'ajoutent des appareils de mesure qu'il faut savoir brancher. Les unités ont des abréviations (ou symboles) etc.
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Les autres introductions du cycle 4 sont les grandeurs physiques complétées d'unités (sauf quelques rares exceptions), aux unités s'ajoutent des appareils de mesure qu'il faut savoir brancher. Les unités ont des abréviations (ou symboles).
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Connaître la matière n'est que la première étape, une fois que vous savez la décrire, la suite consiste à comprendre comment elle se transforme.
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\section{Décrire la matière}
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Les prochaines sections et prochains paragraphes donneront un examen de différentes façons de décrire la matière en utilisant des caractéristiques qui permettent de décrire des propriétés et qui définissent physiquement l'objet, ce sont des grandeurs physiques.
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Les prochaines sections et prochains paragraphes donneront un examen de différentes façons de décrire la matière en utilisant des caractéristiques qui permettent de lui attribuer des propriétés et qui définissent physiquement l'objet, ce sont des grandeurs physiques.
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\subsection{Les Grandeurs physiques pour décrire la matière}
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\textbf{Une grandeur physiques pour faire simple est quelque chose qui se mesure dans un objet (au sens large : un gaz est un objet aussi). C'est une propriété de la matière.} Cela a l'air vague définit comme cela car cette définition va englober tout un tas de phénomènes différents.
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\textbf{Une grandeur physiques pour faire simple est quelque chose qui se mesure dans un objet (au sens large : un gaz est un objet aussi). C'est une propriété de la matière.} Cela a l'air vague, défini comme cela, car cette définition va englober tout un tas de phénomènes différents.
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Mais avant de commencer, regardons un tableau de bord des différentes grandeurs physiques qui ont été (ou auront été croisées) lors du cycle 4. Il faut bien comprendre une chose, comme précisé dans l'introduction, à chaque grandeur physique est associé un symbole, à (quasiment) chaque grandeur physique est associé une unité et souvent aussi un appareil de mesure. À chaque unité est elle même associée un symbole. Le tableau qui suit est là pour donner un aperçu :
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Mais avant de commencer, regardons un tableau de bord des différentes grandeurs physiques qui ont été (ou auront été croisées) lors du cycle 4. Il faut bien comprendre une chose, comme précisé dans l'introduction : à chaque grandeur physique est associé un symbole, à (quasiment) chaque grandeur physique est associé une unité et souvent aussi un appareil de mesure. À chaque unité est elle même associée un symbole. Le tableau~\ref{tab:table-grandeurs-physiques} est là pour donner un aperçu.
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\begin{table}[H]
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\label{table-grandeurs-physiques}
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\begin{center}
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\begin{tabular}{ || l | c | l | c | l || }
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Nom Grandeur & Symbole & Unité Grandeur & symbole & Appareil mesure \\
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\hline \hline
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masse & m & kilogramme & kg & balance \\
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masse & m & kilogramme & \si{\kilogram} & balance \\
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volume & V & Litre ou mètre-cube & L ou ${ {m}^{3} }$ & verrerie graduée \\
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volume & V & Litre ou mètre-cube & \si{\liter} ou \si{\meter^3} & verrerie graduée \\
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température & ${ \Theta }$ & degré celsius & \ensuremath{^{\circ}}C & thermomètre \\
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température & ${ \Theta }$ & degré celsius & \si{\degreeCelsius} & thermomètre \\
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pression & p & hectoPascal & hPa & manomètre \\
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pression & p & hectoPascal & \si{\hecto\pascal} & manomètre \\
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\hline
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temps & t & seconde & s & chronomètre \\
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temps & t & seconde & \si{\second} & chronomètre \\
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\hline
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résistance électrique & R & ohm & ${ \Omega }$ & Ohmmètre \\
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résistance électrique & R & ohm & \si{\ohm} & Ohmmètre \\
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\hline
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densité & d & . & . & densimètre \\
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densité & d & -- & -- & densimètre \\
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\hline
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acidité & pH & . & . & pH-mètre \\
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acidité & pH & -- & -- & pH-mètre \\
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\hline
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charge électrique & Q & Coulomb & C & . \\
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charge électrique & Q & \si{\coulomb} & C & -- \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{center}
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\caption{Les grandeurs physiques vues ou citées au cycle 4}
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\caption{\label{tab:table-grandeurs-physiques}Les grandeurs physiques vues ou citées au cycle 4}
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\end{table}
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\subsection{Les états de la matière}
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La matière est décrite par 3 états physiques à des températures compréhensibles par les êtres humains :
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La matière est décrite par trois états physiques à des températures compréhensibles par les êtres humains :
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\begin{itemize}
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\item L'état solide
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\item L'état liquide
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\item L'état gazeux
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\item l'état solide,
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\item l'état liquide,
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\item l'état gazeux.
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\end{itemize}
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Il y a aussi un autre état physique appelé " plasma " qui existe à de très hautes températures, au delà de 2 millions de degrés celsius. \textit{Notez aussi que pour certains corps (comme la glace à base d'eau) il existe plusieurs états solides .. mais cela ne se voit que dans très longtemps...}. \textbf{Notez aussi qu'en physique-chimie un "corps" est simplement une substance ou un objet qu'on étudie.}
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Il y a aussi un autre état physique appelé «~plasma~» qui existe à de très hautes températures, au-delà de deux millions de degrés celsius. Notez aussi que pour certains corps (comme la glace à base d'eau) il existe plusieurs états solides, mais cela ne se voit que dans très longtemps\dots{}. Notez aussi qu'en physique-chimie un «~corps~» est simplement une substance ou un objet qu'on étudie.
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\begin{quotation}
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\textbf{Tout corps physique ou chimique existe sous trois états physiques mais à des températures différentes. Chaque corps a ses propres températures de changement d'état qui lui sont propres et qui permettent aussi de l'identifier.}
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\textbf{Tout corps physique ou chimique existe sous trois états physiques mais à des températures différentes. Chaque corps a ses propres températures de changement d'état et qui permettent aussi de l'identifier.}
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\end{quotation}
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\subsubsection{L'état solide}
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L'état solide est décrit par des objets qui gardent leur propre forme sauf si on les déforme. Au calme ils ont une masse fixe, un volume fixe et une forme fixe. Pour tout corps l'état solide est son état physique le plus froid.
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L'état solide est décrit par des objets qui gardent leur propre forme sauf si on les déforme. Au calme, ils ont une masse fixe, un volume fixe et une forme fixe. Pour tout corps l'état solide est son état physique le plus froid.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{etat-solide}
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\includegraphics[scale=0.5]{etat-solide.png}
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\caption{les particules dans l'état solide.}
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\caption{Les particules dans l'état solide sont rangées et ne bougent pas.}
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\end{center}
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\end{figure}
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@ -84,7 +83,7 @@ L'état liquide est décrit par un volume fixe, une masse fixe mais pas de forme
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\begin{center}
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\label{etat-liquide}
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\includegraphics[scale=0.5]{etat-liquide.png}
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\caption{Les particules dans l'état liquide.}
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\caption{Les particules dans l'état liquide glissent les unes sur les autres.}
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\end{center}
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\end{figure}
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@ -92,37 +91,34 @@ L'état liquide est décrit par un volume fixe, une masse fixe mais pas de forme
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\textbf{Un liquide a un volume propre mais pas de forme propre.}
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\end{quotation}
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Au niveau moléculaire les molécules d'un liquide sont encore assez serrées les unes contre les autres mais ne sont plus rigidement alignées, elles glissent les unes sur les autres donnant aux liquides leur propriété d'écoulement. Le désordre moléculaire est là mais modéré, les molécules vibrent plus que dans un solide.
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Au niveau moléculaire, les molécules d'un liquide sont encore assez serrées les unes contre les autres mais ne sont plus rigidement alignées, elles glissent les unes sur les autres, donnant aux liquides leur propriété d'écoulement. Le désordre moléculaire est là mais modéré, les molécules vibrent plus que dans un solide.
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\paragraph{Remarque :} Mis à part pour l'eau, la même quantité de matière prendra plus de place à l'état liquide qu'à l'état solide.
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\paragraph{Remarque :} mis à part pour l'eau, la même quantité de matière prendra plus de place à l'état liquide qu'à l'état solide.
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\paragraph{La surface libre d'un liquide}
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\paragraph{La surface libre d'un liquide}\mbox{} \\
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La surface libre\footnote{La surface libre d'un liquide est la surface qui n'est pas en contact avec une des surfaces intérieures du récipient, elle est au contact de l'air libre.} d'un liquide dans un récipient reste toujours horizontale tant qu'elle n'a pas atteint le bord du récipient.
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La surface libre\footnote{La surface libre d'un liquide est la surface qui n'est pas en contact avec une des surface intérieures du récipient, elle est au contact de l'air libre.} d'un liquide dans un récipient reste toujours horizontale tant qu'elle n'a pas atteint le bord du récipient.
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\begin{figure}[H]
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\begin{figure}[!htbp]
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\begin{center}
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\label{surface-libre-liquide}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-surface-libre-liquide.png}
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\caption{La surface libre du liquide toujours horizontale dans le récipient.}
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\caption{\label{fig:surface-libre-liquide}La surface libre du liquide toujours horizontale dans le récipient.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans l'expérience $ \uparrow $ le fil à plomb est toujours vertical quand il est immobile, la direction horizontale est perpendiculaire à la verticale, les surfaces libres du liquide dans les récipients étant horizontale vous pouvez voir que les surfaces libres des liquides et le fil à plomb sont perpendiculaires !
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Dans l'expérience de la figure~\ref{fig:surface-libre-liquide}, le fil à plomb est toujours vertical quand il est immobile, la direction horizontale est perpendiculaire à la verticale. Les surfaces libres du liquide dans les récipients étant horizontales, vous pouvez voir que les surfaces libres des liquides et le fil à plomb sont perpendiculaires !
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Le liquide le plus présent sur terre et le plus important en quantité comme en importance pour la vie est l'eau dont le test de reconnaissance est le suivant :
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Le liquide le plus présent sur terre et le plus important en quantité comme en importance pour la vie est l'eau, dont le test de reconnaissance est donné sur la figure~\ref{fig:test-eau-cuso4}.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{test-eau-cuso4}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-eau-cuso4.png}
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\caption{Le test de l'eau au sulfate de cuivre anhydre. Lors de ce test une solution (jaune) A sans eau ne réagit pas avec la poudre blanche/grise de sulfate de cuivre anhydre. Par contre un liquide (vert) B lui réagit. A ce moment là le sufate de cuivre anhydre bleuit.}
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\caption{\label{fig:test-eau-cuso4}Test de l'eau au sulfate de cuivre anhydre. Lors de ce test, une solution (jaune) A sans eau ne réagit pas avec la poudre blanche/grise de sulfate de cuivre anhydre. Par contre un liquide (vert) B lui réagit. À ce moment là, le sulfate de cuivre anhydre bleuit.}
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\end{center}
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\end{figure}
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\subsubsection{L'état gazeux}
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L'état gazeux a une masse propre mais il n'a ni forme propre ni volume propre. Un récipient occupe tout l'espace qu'on lui donne, c'est ce qui fait qu'un flacon de parfum "sent" à distance dès qu'il est ouvert, le parfum s'échappe par l'ouverture et tente d'occuper tout l'espace de la pièce où est le flacon. C'est l'état le plus chaud d'un corps qu'on puisse connaître à l'échelle humaine.
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L'état gazeux a une masse propre mais il n'a ni forme propre ni volume propre. Un gaz occupe tout l'espace qu'on lui donne, c'est ce qui fait qu'un flacon de parfum \emph{sent} à distance dès qu'il est ouvert, le parfum s'échappe par l'ouverture et tente d'occuper tout l'espace de la pièce où est le flacon. C'est l'état le plus chaud d'un corps qu'on puisse connaître à l'échelle humaine.
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\begin{quotation}
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\textbf{Un gaz n'a ni forme propre ni volume propre.}
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@ -136,23 +132,21 @@ L'état gazeux a une masse propre mais il n'a ni forme propre ni volume propre.
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\end{center}
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\end{figure}
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Au niveau particulaire les particules qui forment ce gaz sont écartées les unes des autres, il y a un grand désordre et les particules bougent beaucoup ! cela donne aux gaz leur propriété de dilatation et le fait qu'ils occupent tout l'espace disponible. Notez que certains gaz sont reconnaissables par des tests spécifiques tels que les 3 images qui suivent le montrent :
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Au niveau particulaire les particules qui forment ce gaz sont écartées les unes des autres, il y a un grand désordre et les particules bougent beaucoup ! cela donne aux gaz leur propriété de dilatation et le fait qu'ils occupent tout l'espace disponible. Notez que certains gaz sont reconnaissables par des tests spécifiques tels que les trois images qui suivent le montrent :
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-test-co2}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-co2.png}
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\caption{le test du dioxyde de carbone ${ {CO}_{2} }$}
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\caption{\label{fig:exp-test-co2}le test du dioxyde de carbone \chemform{CO_2}}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans l'expérience $ \uparrow $ la seringue a recueilli du $CO_2$ et le teste avec de l'eau de chaux\footnote{L'Eau de chaux est fabriquée à partir de la chaux éteinte $CaO$ et de l'eau. On mélange 10 g. de chaux éteinte pour 1 L d'eau bouillante, on verse la chaux éteinte dans l'eau bouillante en agitant à l'aide d'une baguette en verre quelques minutes puis on laisse refroidir et décanter. Une fois le mélange froid (à température ambiante) on le filtre avec un papier filtre, voilà ! L'eau de chaux est prête. ATTENTION : Port de lunettes, blouse et gants de protection indispensable !}.
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Dans l'expérience de la figure~\ref{fig:exp-test-co2}, la seringue a recueilli du \chemform{CO_2} et le teste avec de l'eau de chaux\footnote{L'eau de chaux est fabriquée à partir de la chaux éteinte \chemform{CaO} et de l'eau. On mélange \SI{10}{\gram} de chaux éteinte pour \SI{1}{\liter} d'eau bouillante, on verse la chaux éteinte dans l'eau bouillante en agitant à l'aide d'une baguette en verre quelques minutes puis on laisse refroidir et décanter. Une fois le mélange froid (à température ambiante) on le filtre avec un papier filtre, voilà ! L'eau de chaux est prête. ATTENTION : Port de lunettes, blouse et gants de protection indispensable !}.
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Lors de ce test l'eau de chaux $Ca(HO)_2$ composée des ions ($ Ca^{2+} \ +\ {2}{HO}^{-}$) se trouble avec le dioxyde de carbone ${ {CO}_{2} }$ et donne du carbonate de calcium solide (poudre blanche de calcaire c'est à dire de craie) de $CaCO_3$ suivant la relation suivante :
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\begin{equation}
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{CO}_{2} + {Ca}^{2+} + {2}{HO}^{-} \longrightarrow {CaCO}_{3} + {H}_{2}{O}
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\end{equation}
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Lors de ce test l'eau de chaux \chemform{Ca(HO)_2} composée des ions (\chemform{Ca^{2+}} + 2\chemform{HO^{-}}) se trouble avec le dioxyde de carbone \chemform{CO_2} et donne du carbonate de calcium solide (poudre blanche de calcaire, c'est-à-dire de craie) de \chemform{CaCO_3} suivant la relation suivante :
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\begin{chemmath}
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CO_2 + Ca^{2+} + 2HO^{-} \longrightarrow CaCO_3 + H_2O
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\end{chemmath}
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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@ -575,4 +569,4 @@ Les couleurs du dessin $ \uparrow $ sont celles habituelles du disque des couleu
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\end{tabular}
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\caption{Quelques exemples de liquides et leur pH.}
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\end{center}
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\end{table}
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\end{table}
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