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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 1 — #9
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Transformation de la matière
La matière est naturellement présente de façon courante sous forme solide, liquide ou gazeuse et ces états de la matière possèdent des propriétés physiques propres que nous nous
attacherons à décrire. À de très hautes températures (typiquement plusieurs millions de
degrés), les constituants de l’atome se séparent, noyaux et électrons se déplacent indépendamment et forment un mélange globalement neutre : on parle alors de plasma. Ce
quatrième état de la matière, que l’on retrouve dans les étoiles et le milieu interstellaire,
constitue la majorité de notre univers (autour de 99 %). Sur Terre, on ne le rencontre pas
à l’état naturel mais on le produit artificiellement en appliquant des champs électriques
suffisamment puissants pour séparer le noyau de ses électrons dans les gaz.
La matière subit des transformations de façon permanente, celles-ci peuvent être de nature
physique (changement d’état physique), nucléaire (transformation du noyau des atomes),
ou chimique (modification de l’enchaînement des atomes au sein des entités chimiques
présentes). Nous introduirons les grandeurs permettant la description d’un système (composition du système).
La transformation chimique revêt une importance particulière, en raison de l’étendue de
son champ d’application : élaboration de nouveaux matériaux, utilisation de l’énergie libérée par la réorganisation des atomes. Une équation chimique permet de rendre compte
de l’évolution constatée à l’occasion de la transformation chimique. L’avancement évalue
l’état d’évolution du système siège d’une réaction chimique dont l’équation est donnée.
Nous étudierons ici l’évolution d’un système lors d’une transformation chimique, en nous
attachant à déterminer l’état final du système. L’issue d’une transformation chimique peut
correspondre à l’équilibre chimique ou à une situation hors équilibre chimique (cas des
transformations totales).
1 Les états de la matière
1.1 États d’agrégation de la matière, notion de phase
L’eau H 2 O peut être observée de façon courante dans trois états d’agrégation différents : la
glace (eau solide), l’eau liquide et la vapeur d’eau. La transformation de l’un de ces états en
un autre peut être facilement observée. Par exemple en élevant la température du corps pur
H 2 O, la glace fond à 0 °C et l’eau liquide bout (vapeur d’eau) à 100 °C (sous pression atmosphérique). Toutes les espèces chimiques peuvent exister sous ces trois états d’agrégation,
même si les conditions d’observation (pression et température) ne sont pas toujours facile-
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Transformation de la matière
La matière est naturellement présente de façon courante sous forme solide, liquide ou gazeuse et ces états de la matière possèdent des propriétés physiques propres que nous nous
attacherons à décrire. À de très hautes températures (typiquement plusieurs millions de
degrés), les constituants de l’atome se séparent, noyaux et électrons se déplacent indépendamment et forment un mélange globalement neutre : on parle alors de plasma. Ce
quatrième état de la matière, que l’on retrouve dans les étoiles et le milieu interstellaire,
constitue la majorité de notre univers (autour de 99 %). Sur Terre, on ne le rencontre pas
à l’état naturel mais on le produit artificiellement en appliquant des champs électriques
suffisamment puissants pour séparer le noyau de ses électrons dans les gaz.
La matière subit des transformations de façon permanente, celles-ci peuvent être de nature
physique (changement d’état physique), nucléaire (transformation du noyau des atomes),
ou chimique (modification de l’enchaînement des atomes au sein des entités chimiques
présentes). Nous introduirons les grandeurs permettant la description d’un système (composition du système).
La transformation chimique revêt une importance particulière, en raison de l’étendue de
son champ d’application : élaboration de nouveaux matériaux, utilisation de l’énergie libérée par la réorganisation des atomes. Une équation chimique permet de rendre compte
de l’évolution constatée à l’occasion de la transformation chimique. L’avancement évalue
l’état d’évolution du système siège d’une réaction chimique dont l’équation est donnée.
Nous étudierons ici l’évolution d’un système lors d’une transformation chimique, en nous
attachant à déterminer l’état final du système. L’issue d’une transformation chimique peut
correspondre à l’équilibre chimique ou à une situation hors équilibre chimique (cas des
transformations totales).
1 Les états de la matière
1.1 États d’agrégation de la matière, notion de phase
L’eau H 2 O peut être observée de façon courante dans trois états d’agrégation différents : la
glace (eau solide), l’eau liquide et la vapeur d’eau. La transformation de l’un de ces états en
un autre peut être facilement observée. Par exemple en élevant la température du corps pur
H 2 O, la glace fond à 0 °C et l’eau liquide bout (vapeur d’eau) à 100 °C (sous pression atmosphérique). Toutes les espèces chimiques peuvent exister sous ces trois états d’agrégation,
même si les conditions d’observation (pression et température) ne sont pas toujours facile-