L'état liquide - France Minéraux

Liquide

Caractéristiques des matières à l’état liquide

Les corps peuvent exister sous forme de liquide, de gaz ou de solide en fonction des conditions de température et de pression.
La forme liquide a moins d’énergie que le gaz, mais plus que la forme solide.
Les molécules d’un liquide ont une énergie cinétique insuffisante pour rompre les forces qui créent la tension superficielle.
Les transitions d’un état à un autre sont liées aux changements de température et de pression.
Le diagramme de phase représente graphiquement la relation entre la température, la pression et l’état physique du corps.

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L’état liquide : sa miscibilité, ses propriétés et ses critères macroscopiques.

Les diagrammes montrant la configuration des atomes et des molécules de chaque état de matière déterminent ses caractéristiques. L’eau est un exemple de liquide. Elle existe en abondance sur la terre. La phase liquide est aussi bien une forme de fluide qu’un état de la matière. À l’inverse du solide, dont les molécules sont très proches, le liquide est difficilement compressible, mais facilement déformable. Cela est dû à ses molécules faiblement liées. Par contre, le solide requiert plus d’énergie pour se déformer. Comparées aux molécules du gaz, celles du liquide ne peuvent pas beaucoup s’éloigner les unes des autres. Le gaz ne dispose pas de cette cohésion.

La miscibilité d’un liquide

Le test de miscibilité d’un liquide se réalise en le mélangeant avec de l’eau. Un liquide miscible à l’eau forme avec elle un mélange homogène. En revanche, un liquide non miscible à l’eau forme avec elle un mélange hétérogène. La miscibilité ou non des liquides dépend de leurs forces moléculaires. C’est grâce à elles qu’un corps pur liquide possède une cohérence. Ainsi, il est possible qu’un liquide ait sept phases distinctes non miscibles.

Les propriétés du liquide

Suivant les conditions de pression et de température, les corps peuvent apparaître en gaz, en liquide ou en solide. L’état liquide équivaut au gaz, à une forme d’énergie moindre. L’énergie cinétique de ses molécules ne suffit pas pour rompre les forces créées par la tension superficielle. En contrepartie, elle correspond à une forme d’énergie supérieure au solide. L’énergie cinétique de ses molécules suffit pour les faire bouger spontanément.

La viscosité

La viscosité fait partie des caractéristiques des liquides. Elle mesure l’attachement des molécules les unes des autres. Un liquide visqueux résiste à un corps qui traverse le liquide. Plus il est visqueux, plus il est difficile à traverser. Ceci prouve l’existence de plusieurs gammes d’états intermédiaires, par exemple la pâte. Elle rend difficile la distinction entre le solide et le liquide. Toutefois, en testant à l’aide de la rupture, les deux états sont faciles à distinguer. En effet, un solide se brise, se fêle et ne se ressoude pas. Par contre, un liquide qui se fend se réunit lorsque la cause de la rupture disparaît. La seule trace qu’elle laisse est une onde. L’hélium II, qualifié de « superfluide » ne possède pas de viscosité.

La tension superficielle

Souvent, les liquides possèdent une tension de surface ou tension superficielle. Par définition, c’est la propriété de leur surface, leur permettant de résister à une force extérieure. Cette tension superficielle justifie la formation des ménisques sur leurs bords et les divers effets de la capillarité. Elle est en partie causée par la nature cohésive des molécules d’eau :

par l’électrostatique,
par la force de van der Waals,
par la polarité.

Elle est également due à l’affinité des molécules du liquide.

Les critères macroscopiques

Voici les critères qui caractérisent l’état liquide à l’état macroscopique. D’abord, par l’effet de la dilatation thermique faible, le liquide possède un volume fixe. Son volume ne dépend donc pas de son contenant. Ensuite, il ne dispose pas de forme propre. Sous l’effet de la pesanteur, il ne fait qu’épouser la forme du récipient qui le contient. Enfin, dans un récipient immobile, sa surface libre reste horizontale et plane. La surface libre se définit par la partie du liquide qui n’est pas maintenue par une paroi de son contenant. Son champ de pesanteur, sauf les bords, reste uniforme à l’échelle voisine du mètre. Cela est dû à la tension superficielle.

Quelques exemples

Les CNTP ou conditions normales de température et de pression s’appliquent efficacement dans l’expérimentation et la mesure en laboratoire. Elles sont utilisées en chimie et en physique. Grâce à elles, des comparaisons commodes entre les résultats expérimentaux sont possibles. En général, la pression normale est de 1 atm et la température normale, 0 °C. Par ces CNTP, l’acide sulfurique, le dibrome, l’eau, l’éthanol, le mercure et l’octane sont des exemples de substances chimiques liquides.

Les confusions

Les confusions se produisent lors de la mise en relation de l’état liquide et des autres états de la matière.

Le verre

Par définition, le verre est un corps solide et transparent. Il est obtenu par la fusion du sable mélangé avec de la chaux et de la soude ou de la potasse. Pour les verriers, c’est un solide contenant de la silice. Les agents atmosphériques peuvent l’altérer. Pour les scientifiques, le verre est une substance amorphe, présentant l’état solide. Il peut aussi être un liquide surfondu, transparent, opaque, sonore et doué d’une cassure brillante. Il lui est possible de passer par toutes les phases de l’état pâteux, par élévation de température.

La plaque de verre a été fabriquée à partir d’une boule de verre visqueux. Afin d’obtenir un disque de verre, le verrier la mettait en rotation, grâce à la force centrifuge. Ainsi, le bord du disque devient plus épais que son centre. Pour avoir une stabilité, le verrier posait les plaques par le bord épais en bas. Dans le cas des vitraux, la disposition des plaques constituait des questions d’ordre esthétique. Même si les vitres anciennes sont plus épaisses en bas qu’en haut, cela ne signifie pas que le verre s’écoule le long des vitraux. L’épaisseur de la partie basse est seulement due au procédé de fabrication. En réalité, le verre ne se présente pas comme un cristallin. C’est un solide « amorphe ». Comme dans un fluide observé à un moment déterminé, la position de ses molécules est fixe, mais aléatoire. En plus, le verre propage les ondes S et P. Ceci atteste de sa nature solide, car un liquide ne propage que les ondes P.

Les gels et les mousses

Un gel est un liquide emprisonné par une matrice solide. Une mousse se définit par un liquide dans un état de viscosité importante. Elle contient une grande quantité de bulles de gaz.

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