1. Les états de la matière et les changements d'état
La matière existe sous trois états : solide, liquide et gazeux. En chauffant ou en refroidissant, un corps peut changer d'état.
Les six changements d'état :
- Fusion : solide → liquide (la glace qui fond).
- Solidification : liquide → solide (l'eau qui gèle).
- Vaporisation : liquide → gaz (l'eau qui bout).
- Liquéfaction (condensation) : gaz → liquide (la buée sur une vitre froide).
- Sublimation : solide → gaz (la glace carbonique qui « fume »).
- Condensation solide : gaz → solide (le givre sur un congélateur).
Pendant un changement d'état d'un corps pur, la température reste constante. Pour l'eau : fusion à 0 °C, ébullition à 100 °C (à pression normale).
Un changement d'état est une transformation physique : le corps ne change pas de nature (l'eau reste de l'eau, solide, liquide ou gaz).
Exemple en atelier : le soudeur fait fondre un métal : le métal passe de solide à liquide (fusion), puis redevient solide en refroidissant. Le métal garde la même nature : c'est une transformation physique. En cuisine, faire fondre du beurre, c'est pareil.
2. Transformation physique ou chimique ?
Transformation physique : la matière change d'aspect ou d'état, mais aucune espèce nouvelle n'apparaît. Exemples : fondre, casser, dissoudre, plier.
Transformation chimique : des espèces chimiques disparaissent (les réactifs) et des espèces nouvelles apparaissent (les produits). Exemples : brûler, rouiller, cuire, détartrer.
Signes d'une transformation chimique :
- un dégagement de gaz (bulles, mousse) ;
- un changement de couleur durable ;
- une variation de température (ça chauffe ou ça refroidit) ;
- l'apparition d'un solide (précipité) ou d'une odeur nouvelle ;
- une émission de lumière ou de flamme.
Attention : la dissolution (sel dans l'eau) est une transformation physique, car on peut récupérer le sel en évaporant l'eau.
Exemples au quotidien professionnel : cuire un steak (couleur, odeur, irréversible) → chimique. Faire fondre du fromage → physique. Le fer qui rouille sur un chantier → chimique (un produit nouveau : la rouille). Le vinaigre qui mousse au contact du calcaire → chimique (dégagement de gaz).
3. La conservation de la masse
Loi de Lavoisier : lors d'une transformation chimique réalisée dans un système fermé, la masse totale ne change pas.
Masse des réactifs = Masse des produits
« Rien ne se perd, rien ne se crée : tout se transforme. »
Si un gaz s'échappe, la masse semble diminuer : il faut faire l'expérience dans un récipient fermé pour vérifier la conservation.
Exemple en cuisine : on verse 20 g de vinaigre sur 5 g de bicarbonate dans une bouteille fermée par un ballon. Le ballon gonfle (gaz). La balance affiche toujours 25 g au total : la masse est conservée, le gaz est un produit de la transformation.
4. Atomes, molécules et ions
Atome : la plus petite brique de la matière. Il est formé d'un noyau (protons + neutrons) et d'électrons qui tournent autour. Un atome est électriquement neutre.
Molécule : un groupe d'atomes liés entre eux. Exemples : molécule d'eau H2O (2 atomes d'hydrogène + 1 atome d'oxygène), dioxygène O2, dioxyde de carbone CO2.
Ion : un atome (ou groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu des électrons : il porte une charge électrique. Exemples : ion sodium Na+, ion chlorure Cl−, ion fer Fe2+.
Lors d'une transformation physique, les molécules ne changent pas : elles se déplacent ou s'espacent.
Lors d'une transformation chimique, les molécules se cassent et les atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules. Les atomes, eux, ne disparaissent pas : c'est pour cela que la masse se conserve.
Quelques ions utiles aux métiers : l'ion fer Fe2+ (rouille), l'ion calcium Ca2+ (calcaire de l'eau), l'ion chlorure Cl− (eau de javel).
5. Le pH : acide, neutre ou basique
Le pH mesure l'acidité d'une solution aqueuse. L'échelle va de 0 à 14.
- pH < 7 : solution acide (citron, vinaigre, détartrant).
- pH = 7 : solution neutre (eau pure).
- pH > 7 : solution basique (soude, javel, savon).
Mesurer un pH :
- 1. Avec du papier pH : tremper une bandelette dans la solution, comparer la couleur à l'échelle.
- 2. Avec un pH-mètre : plonger la sonde, lire la valeur affichée.
- 3. Ne jamais goûter une solution pour savoir si elle est acide !
Exemple au magasin / entretien : un détartrant (pH ≈ 2, acide) dissout le calcaire. Un déboucheur à la soude (pH ≈ 13, très basique) attaque les graisses. On ne mélange jamais un acide et une base forte sans consigne : la réaction peut projeter du liquide brûlant.
Sécurité des produits : repérer les pictogrammes de danger sur les étiquettes : corrosif (attaque la peau et les métaux), irritant/nocif, inflammable, toxique, danger pour l'environnement. Porter les EPI adaptés : gants, lunettes, blouse. Travailler dans une pièce aérée. Ne jamais mélanger javel et acide (dégagement d'un gaz toxique, le dichlore). En cas de projection sur la peau : rincer abondamment à l'eau et prévenir.