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cours de Sciences de la Vie

By Mark Rivera,2014-08-29 10:39
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cours de Sciences de la Vie

    SCIENCES DE LA VIE L1

    PHYSIQUE

ÉTATS DE LA MATIERE

I) Préambule

La matière possède trois états : - gaz

    - liquide

     - solide

    Qu'est-ce qui distingue ces trois états ?

     - l’arrangement atomique

    - les propriétés physiques

    Cette classification est-elle correcte ? N’y a-t-il que trois classes bien distinctes ?

II) Qu'est-ce que la matière ?

    A) Les trois états de la matière

La matière est un ensemble d'atomes. Ce qui différencie les trois états de la

    matière, c'est la façon dont est fait l'assemblage des atomes.

    Il y a un état dispersé et deux états condensés. L'état dispersé correspond à l'état gazeux. L'état condensé correspond à un rapprochement des atomes (= compression), état

    liquide et état solide.

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    État gazeux :

    Les molécules enfermées dans ce volume sont en mouvement permanent. Les distances interatomiques ou intermoléculaires (entre atomes ou molécules) sont de l'ordre de 30Å. Les interactions entre molécules sont faibles, même négligeables.

     -3-3La densité ou masse volumique d'un gaz est faible : 10 g.cm

    C'est un état dispersé et désorganisé.

État liquide :

    Pour passer de l'état gazeux à l'état liquide, on exerce des pressions pour forcer les molécules à se toucher.

    Les molécules sont ainsi en mouvement. Les distances interatomiques vont être 3Å. Les interactions intermoléculaires sont fortes, ce qui explique la cohésion des liquides. Ces interactions dépendent de la nature des molécules. Un gaz n'est pas rigide mais, dans le cas d'un liquide, il n'y a pas vraiment aussi de rigidité particulière. Un liquide est globalement un état désorganisé, mais il y a un arrangement local (ordre local) (sur quelques atomes.)

     -3La masse volumique pour l'état liquide est de l'ordre de 1g.cm.

    L'état liquide est un état condensé qui présente un ordre local.

État solide :

    Il y a arrangement rectiligne des atomes, il n'y a donc pas de mouvement. Les distances interatomiques sont de l'ordre de 3Å.

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    C'est un arrangement périodique d'atomes, c'est ce que l'on appelle un ? réseau cristallin. ? Ce qui caractérise l'arrangement, c'est un ordre à longue distance, un ordre sur tout le solide. Les interactions intermoléculaires sont très fortes, dépendant cependant des atomes (craie diamant.)

     -3La masse volumique = 1 à 10g.cm.

    Cet état est une forme condensée ordonnée très organisée.

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    Exemple de l'eau :

B) Mouvements moléculaires

- Mouvement de translation.

    - Mouvement de rotation (tient compte de la forme de la molécule.) - Mouvement de vibration.

Exemple : modes de vibration de la molécule d'eau :

C) Compressibilité - déformation

Ce qui va distinguer les trois états de la matière, c'est une déformation liée à des

    contraintes mécaniques. On considère comme contraintes mécaniques :

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     - La compression,

- (Éventuellement) la traction,

    - Le cisaillement (correspond à faire glisser des plans.)

    Quand un état résiste peu à la compression, on le dit ? compressible sinon incompressible. ?

    Quand un état résiste peu à un cisaillement on le dit ? déformable sinon indéformable. ?

    Un gaz est compressible et déformable, un liquide est incompressible et déformable et un solide est incompressible et indéformable.

D) Les changements d'état

    Ces changements d'état sont conditionnés par deux grandeurs thermodynamiques : température et pression.

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    III) L’état solide

    A) Notion de réseau cristallin

L'état solide cristallisé est caractérisé par un arrangement périodique d'atomes.

    (Cela permet de savoir comment est organisée la maille élémentaire.)

Exemple de maille :

Un réseau cristallin est un arrangement, un empilement des mailles élémentaires.

P = primitif

    NP = non primitif

B) Les différents types de liaisons chimiques

    1) Liaison ionique

    Electronégativité = facilité à capter des électrons.

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    Pour atteindre la structure d'un gaz rare en fonction de l'électronégativté, on va obtenir des ions positifs ou des ions négatifs. Ce qui forme des interactions électrostatiques entre des ions de charges opposées = les liaisons.

     +-Cl et Na vont former des liaisons NaCl qui forment du sel NaCl.

     Pour 8 mailles Cl Cl = 4atomes Pour 2 mailles

    Na

     Pour 4 mailles cation

    Pour 1 maille Na = 4atomes

     anion

    CaF CsCl 2

     2+-+- Ca F Cs Cl

    C'est une liaison qui est forte mais peu dirigeable dans l'espace = isotrope.

2) Liaison covalente

    Elle résulte de la mise en commun d'électrons par deux atomes.

C 2Si np

    Ge

    Ils leur manquent quatre électrons donc ils se trouvent souvent dans un milieu tétraédrique pour mettre en commun ces quatre électrons.

    Ces liaisons sont très fortes (exemple : diamant, carbure de silicium SiC) et très dirigées.

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3) Liaison métallique

Elle résulte de métaux qui cèdent des électrons. Une liaison métallique est faite

    d’ions positifs qui baignent dans une ? mer d'électrons. ?

Cu, Au, Ag, Pt

4) Liaison faible

Il y a deux types de liaison :

    - La liaison hydrogène : un atome d'hydrogène assure la liaison : pont entre les atomes. Se trouve dans tous les composés organiques ; - La liaison de Van der Waals.

I , graphite 2

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    Il va avoir déformation du nuage électronique moment apolaire.

    Entre deux dipôles, il y a des interactions liaisons Van der Waals.

    5) Comparaison des différents types de liaisons fortes.

Ductile = tordable ( cassant)

    Isolant ou semi-conducteur : a besoin d'un apport extérieur d'énergie.

    Plan de clivage : plan selon lequel sous une déformation, les ions de même charge sont mis en coïncidence, les liaisons ioniques se cassent de façon très nette.

C) Limites de perfection des cristaux

= défauts

Lacune : manque 1 atome ;

    Impureté : remplace 1 atome par un ordre ;

    Interstitiel : 1 atome n’occupe pas un site prévu (entre deux atomes.)

    L'existence des défauts permet des propriétés très intéressantes.

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    Dislocation ? coin ? : insertion d'un plan entre de plan

D) Texture d'un solide - Notion sur le tissu osseux

Texture = mosaïque.

    Dans certaines régions du cristal, les atomes sont arrangés d'une façon différant

    d'ailleurs cristal mosaïque.

    On impose une direction pour donner une texture

Fabrication canette :

    Laminage de la plaque d'aluminium plus fine et en texture plus résistante.

Dans les os :

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