Solides Liquides et Gaz

Solides, liquides et gaz dans le tableau périodique

Avant de te plonger dans le tableau périodique, tu dois te rappeler que la matière est tout ce qui a une masse et occupe un espace. L'unité fonctionnelle de la matière est l'atome, du moins en chimie. Le type de matière le plus simple en chimie s'appelle un élément, et un élément est composé d'un seul type d'atome !

Maintenant, regardons le tableau périodique, qui montre l'état des éléments dans la nature. À température ambiante (25 °C) et dans des conditions de pression standard (1 atm), la plupart des éléments se trouvent dans la nature à l'état solide. Certains non-métaux comme l'azote, l'oxygène, le fluor, le chlore et l'hydrogène se trouvent à l'état gazeux, tandis que le brome et le mercure se trouvent à l'état liquide.

Voyons maintenant ce que sont les solides, les liquides et les gaz.

Faits concernant les solides, les liquides et les gaz

Les éléments peuvent exister dans trois états de la matière : les solides, les liquides et les gaz. Les molécules dans ces états de la matière diffèrent par leurs propriétés physiques.

L'état de la matière d'un élément et l'énergie nécessaire pour passer d'un état de la matière à un autre sont directement liés à la force des forces intermoléculaires.

Les forces intermoléculaires sont responsables de l'influence des propriétés physiques d'un composé chimique. Certaines des propriétés physiques qui peuvent être affectées par ces forces sont l'état de la matière, la masse, la densité, le volume, la dureté, le point d'ébullition (PE) et le point de fusion (PM).

Commençons par examiner les solides.

Les solides

Les solides ont une forme et un volume fixes. Ils ne sont pas compressibles car leurs particules sont étroitement agencées. Ils ont également une position fixe et ne peuvent vibrer que sur place. Les solides ont généralement de fortes forces intermoléculaires et peuvent être classés en solides cristallins ou amorphes.

Il existe 4 types différents de solides cristallins :

• Les solides ioniques
• Solides moléculaires
• Solides à réseau covalent
• Solides métalliques

Solides ioniques

Lessolides ioniques ont des liaisons ioniques comme forces d'attraction. Leurs plus petites unités sont des ions. Les solides de cette catégorie sont cassants, durs et ont des points de fusion et d'ébullition élevés. Les solides ioniques ne peuvent conduire l'électricité que dans une solution d'eau ou à l'état fondu.

Solides moléculaires

Lessolides moléculaires ont des forces intermoléculaires entre les molécules individuelles qui maintiennent le tout ensemble. Les forces d'attraction qui maintiennent les molécules ensemble dépendent de leur polarité.

• Les solides moléculairespolaires possèdent des forces dipôle-dipôle et des forces de dispersion de London.
• Les solides moléculairesnon polaires ne possèdent que des forces de dispersion de London.

Les solides de ce groupe ont des textures molles parce que les forces intermoléculaires qui maintiennent les molécules ensemble sont faibles par rapport aux liaisons chimiques que l'on trouve dans d'autres types de solides. Leur point de fusion varie, mais il est généralement bas. Les solides moléculaires non polaires ont généralement des points de fusion bas, tandis que les solides moléculaires polaires ont tendance à avoir des points de fusion légèrement plus élevés.

Solides à réseau covalent

Les solides àréseau covalent ont des liaisons covalentes qui maintiennent les atomes ensemble. Ces solides ont des textures dures en raison de leurs fortes liaisons covalentes. Les solides à réseau covalent ont également des points de fusion très élevés. En général, les solides de cette catégorie sont insolubles dans l'eau. Ils ont également tendance à être de mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité, bien qu'il y ait quelques exceptions.

Solide métallique

Lessolides métalliques ont des liaisons métalliques. Comme leur nom l'indique, les atomes de métal constituent la plus petite unité des solides métalliques. Les solides métalliques sont brillants, possèdent une dureté variable et ont un point de fusion élevé. Ils conduisent bien la chaleur et l'électricité, sont malléables et ductiles. Les solides métalliques ne sont pas solubles dans l'eau.

Solides amorphes

Dans les solides amorphes, la plus petite unité peut être un ion, des atomes, des molécules ou même des polymères. Les forces électrostatiques présentes dans les solides amorphes peuvent varier.

Les solides amorphes n'ont pas de points de fusion distincts, de sorte que les parties d'un solide amorphe fondent à des températures différentes. Comme les particules peuvent être disposées de façon aléatoire, les solides amorphes n'ont pas de structure ou de modèle organisé comme ceux que l'on trouve dans les solides cristallins. Le verre, l'obsidienne (verre volcanique) et même les élastiques sont des exemples de solides amorphes.

Les liquides

Les liquides prennent la forme du récipient, mais pas son volume. Bien que les particules de liquide puissent se déplacer dans le récipient, elles sont toujours très proches les unes des autres, et il n'y a pas beaucoup d'espace disponible. Les liquides sont donc légèrement compressibles. Les liquides ont également des forces intermoléculaires, mais elles sont généralement un peu plus faibles que celles des solides.

Les liquides peuvent avoir différentes viscosités, et plus la viscosité est grande, plus le liquide s'écoule lentement. Par exemple, l'eau et le miel sont des liquides, mais l'eau coule plus vite que le miel parce que ce dernier a une plus grande viscosité.

Une autre propriété qui affecte les liquides est latension superficielle. Dans les liquides, les forces intermoléculaires attirent les molécules dans le liquide,

Les gaz

Les gaz prennent la forme et le volume du récipient. Comme les particules de gaz sont réparties dans le récipient, elles sont très compressibles lorsqu'une pression est exercée. Dans cet état de matière, les gaz vibrent et peuvent se déplacer librement dans des directions aléatoires.

La température, la pression et le volume sont des facteurs qui influencent les gaz.

• Lorsque la température augmente, les particules se déplacent plus rapidement.
• Lorsque la pression augmente, le volume diminue car les particules sont maintenant plus proches les unes des autres.
• Lorsque le volume augmente, la pression diminue.

L'énergie cinétique dans les solides, les liquides et les gaz

Tout ce qui bouge possède de l'énergie cinétique . Par exemple, l'eau qui tombe d'une cascade contient de l'énergie cinétique, tout comme un oiseau qui vole ! Et pourquoi les atomes et les molécules ont-ils de l'énergie cinétique ? Parce qu'ils sont toujours en mouvement !

L'énergie cinétique des gaz peut être calculée à l'aide de l'équation suivante :

$KineticEnergy(K.E)=\frac{1}{2}\times mass\times {\left(velocity\right)}^2$

Prenons un exemple simple !

Lorsqu'une particule a une énergie cinétique élevée, elle pourra se déplacer plus rapidement.

• Lessolides ont une énergie cinétique très faible parce que leurs particules sont très serrées et ne vibrent pas beaucoup.
• Les liquides ont des énergies cinétiques intermédiaires parce qu'ils peuvent se déplacer entre eux dans le peu d'espace vide.
• Lesgaz ont tendance à avoir une énergie cinétique élevée parce qu'ils peuvent se déplacer librement dans l'espace vide.

Activités des solides, des liquides et des gaz

Un autre terme que tu dois connaître est l'activité (α) d'une espèce, les chimistes utilisent le terme activité pour décrire l'écart des gaz idéaux et des solutions par rapport au comportement idéal.

Lorsqu'il s'agit de gaz, ils dépendent de la pression. On considère donc que l'activité d'un gaz est le rapport entre la pression partielle réelle du gaz et sa pression partielle idéale.

${\alpha }_{gas}=\frac{P_{\mathit{g}\mathit{a}\mathit{s}}}{P_{\mathit{g}\mathit{a}\mathit{s}\mathit{,}\mathit{}\mathit{i}\mathit{d}\mathit{e}\mathit{a}\mathit{l}}}$

Cela peut sembler déroutant, alors prenons un exemple. Disons qu'on t'a demandé de calculer la pression d'une mole d'éthane à 295,15 K se comportant comme un gaz idéal (à l'aide de l'équation de la loi des gaz idéaux) et comme un gaz non idéal (à l'aide de l'équation des gaz réels). Tu as trouvé que la pression de l'éthane en tant que gaz idéal était de 24,47 atm, alors que la pression de l'éthane en tant que gaz réel était de 20,67 atm. L'activité de l'éthane serait donc :

${\alpha }_{gas}=\frac{20.67}{24.47}=0.8447$

Lorsqu'il s'agit de solides et de liquides, nous avons affaire à des concentrations. Par conséquent, l'activité est utilisée pour indiquer aux chimistes la différence entre le nombre de particules qui semblent être présentes dans la solution et le nombre de particules réellement présentes dans la solution. L'activité des solutions peut être estimée à l'aide de la concentration. En général, pour les solutions relativement diluées, l'activité d'une substance et sa concentration molaire sont à peu près égales.

L' activité des solides et des liquides purs est toujours égale à 1 car, par unité de volume, la concentration d'un solide ou d'un liquide pur est toujours la même. Par exemple, l'activité de l'eau liquide est de 1, et l'activité de 5 grammes d'aluminium métal est également de 1.

Comparer les solides, les liquides et les gaz

Pour faire simple et plus facile, réalisons un tableau comparant les trois états de la matière à l'aide des informations abordées dans cet article.