Chapitre I Les États Intermédiaires de La Matière Version Livre [PDF]

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Chapitre I : Les états intermédiaires de la matière.

Chimie

DOMAINE D’ETUDE : STRUCTURE DE LA MATIERE Chapitre I: LES ETATS OG1 : CARACTERISER LES ETATS INTERMEDIAIRES DE LA MATIERE.

IN

LES ETATS INTERMEDIAIRES DE LA MATIERE. Introduction. La matière existe sous trois formes ou états : solide, liquide et gazeuse. Entre ces formes, ils existent d’autres structures appelées : états intermédiaires. Ce sont : l’état mésomorphe ou cristaux liquides ; les verres ; les gels et les colloïdes.

I. Description des états intermédiaires de la matière.

Figure 1.

I.1. Définition. On appelle état intermédiaire de la matière, un état qui présente une structure distincte de celle de l’état solide (discontinue, ordonnée et périodique) et de celle de l’état liquide (désordonnée).

II.1.1. Phase nématique. La matière à l’état nématique est constituée des molécules qui sont orientées parallèlement les unes des autres, avec des centres de gravité repartis au hasard (figure 2).

I.2. Différents types ou catégories des états intermédiaires de la matière. On distingue plusieurs catégories intermédiaires de la matière :  Les cristaux liquides ;  Les verres ;  Les colloïdes ;  Les gels.

des

états

II. Les cristaux liquides. Les cristaux liquides, encore appelés cristaux mésomorphes se répartissent en deux groupes :  Les cristaux thermotropes et ;  Les cristaux lyotropes.

Figure 2 : Phase nématique : les molécules restent alignées.

II.1.2. Phase cholestérique. II.1. Les cristaux thermotropes. Ils sont constitués de petites molécules organiques de formes très particulières (en bâtonnet ou cylindrique : voir figure 1). Très sensible à la lumière, ils se présentent sous divers états ou phases intermédiaires entre l’état solide et l’état liquide, ce sont : la phase nématique, la phase cholestérique et la phase smétique.

La matière à l’état cholestérique est constituée des molécules à structure voisine de celle des molécules nématiques (orientés parallèlement les unes des autres), mais présentent des dispositions périodiques en forme de spiral (gauche et droite) comme l’indique la figure 3 ci – dessous.

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Chapitre I : Les états intermédiaires de la matière.

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N.B : Les cristaux liquides sont des véritables liquides, ils sont fluides. Exemple : L’argile, les affichages des montres électroniques. Pas

II.2. Les cristaux lyotropes.

Figure 3 : Phase cholestérique : la structure est hélicoïdale (forme de spiral).

Ils résultent de la mise en solution d’un composé mésogène (à structure particulière) dans un substrat liquide (l’eau) qui participent à l’organisation du matériau, le cas des savons. On distingue : les verres, les colloïdes et les gels.

Le pas est la distance minimale correspondant à 180° de rotation des molécules.

II.2.1. Les verres.

II.1.3. Phase smétique.

II.2.1.1. Définition.

Les molécules de la phase smétique, constituent des plans équidistants, indépendants les uns des autres au sein desquels s’ordonnent ou s’orientent les molécules en forme de bâtonnet (figure 4).

Ce sont des solides qui ne possèdent pas une structure cristalline à grande distance. De tels solides sont dits amorphes. Ce sont des substances quasi – homogènes, quasi – solides, contenant principalement un liquide. Ils sont obtenus par le refroidissement de la phase liquide et présentent une structure désordonnée. Ils sont également obtenus en immobilisant mécaniquement un solvant entre les particules dispersées. Exemple : Peinture, pâte dentifrice

II.2.1.2. Propriétés et applications. Figure 4 : Phase smétique : les molécules restent en couche.

 Les verres sont tranparents, mais opaques au rayons ultra – violets (U.V), la fabrication des verres à vitre est l’une des applications.

II.1.4. Applications des cristaux liquides.

 Les verres ont une bonne résistance thermique. Cette propriété est utilisée pour la fabrication des matériels de laboratoire.

Les cristaux liquides sont des états intermédiaires de la matière utilisés dans des domaines très variés. 

Les cristaux nématiques sont utilisés dans la fabrication des appareils à affichage numérique (montres électroniques, tubes cathodiques des postes téléviseurs, téléphones portables, écran des ordinateurs…).



Les cristaux cholestériques sont utilisés pour décéler les hétérogénéités de la température dans les circuits électroniques et aussi dans la thermométrie médicale. Les cristaux smétiques sont utilisés pour le dégressage.

 

 Les verres courants résistent mal aux chocs et possèdent une faible résistance. Les fibres de verre sont utilisées pour la fabrication des cannes à pêche et des perches.  Les verres sont des bons isolants électriques sauf à haute température.

II.2.2. Les colloïdes. II.2.2.1. Définition. Les colloïdes, encore appelés sols sont des solutions hétérogènes qui occupent une position intermédiaire entre les solutions vraies et les dispersions.

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Chapitre I : Les états intermédiaires de la matière. Une solution hétérogène est un système dispersé constitué des fines particules appelées : phase dispersée, et d’une substance qui l’entoure appelée : milieu de dispersion.

II.2.2.2. Types de systèmes dispersés. Le système dispersé peut être solide, liquide ou gazeux. On peut distinguer les catégories suivantes de systèmes colloïdaux :  Un aérosol est une dispersion d'un liquide dans un gaz ;  Un sol est une dispersion d'un solide dans un gaz, un liquide ou un autre solide ;  L'émulsion est une dispersion d'un liquide dans un liquide ;  L'écume (mousse) est la dispersion d'un gaz dans un liquide ou un solide. Il existe neuf (9) systèmes dispersés dont les plus importants sont les émulsions ou suspensions. Les solutions colloïdales et les solutions vraies qui se distinguent par les dimensions des particules forment la phase dispersée.

Chimie Pour ce type de système dispersé, les dimensions des particules sont supérieures à 100nm ( ). b) Solutions colloïdales. Pour ce type de système dispersé, les dimensions des particules sont comprises entre 1 et 100nm ( ). c) Solutions vraies. Pour ce type de système dispersé, les dimensions des particules sont inférieures à 1nm ( ).

Remarque : R1 : L’hétérogénéité des émulsions ou suspensions est visible à l’œil nu. Exemple : Eau + argile (suspension) Eau + lait (émulsion) R2 : Les solutions colloïdales sont transparentes. Leur hétérogénéité n’est révélée qu’au microscope optique. R3 : Pour les solutions vraies l’hétérogénéité n’est pas révélée quel que soit le microscope.

a) Emulsion ou suspension.

Le

tableau

suivant

Phase dispersée

reprend

quelques

Milieu de dispersion

exemples

de

Type de colloïde

Solide

Liquide

Sol

Liquide

Liquide

Emulsion

Gaz

Liquide

Ecume

Solide

Gaz

Aérosol

Liquide

Gaz

Aérosol

Solide Liquide

Solide Solide

Sol solide Emulsion solide

Gaz

Solide

Ecume solide

II.2.2.3. Propriétés colloïdes.

et

applications

des

Les propriétés des colloïdes dépendent de la phase dispersée et du milieu de dispersion.  Si le milieu de dispersion est un gaz, on obtient des aérosols, le brouillard si la phase dispersée



ces

catégories

de

colloïdes

Exemples Sol d’argile Huile dans l’eau, lait, mayonnaise, margarine Lessive de savon et détergents, crème fouettée Fumée, air chargé de poussière Brouillard, brume, (comme les produits en aérosol) Verre de rubis, diamant bleu Opale, perle Pierre ponce, coulée de lave, cendre volcanique

est un liquide, la fumée si la phase dispersée est un solide. Si le milieu de dispersion est liquide, on obtient des émulsions de la mousse et du gel selon que la phase dispersée est solide, liquide ou gazeuse.

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Les colloïdes sont utilisés dans les caoutchoucs, dans la chromatographie…

II.2.3. Les gels. II.2.3.1. Définition. Les gels sont des systèmes quasi – homogène, quasi solides contenant principalement un liquide.

II.2.3.2. Propriétés et applications. Les gels se reforment spontanément quand le système est au repos ; c’est le cas de la peinture. Les gels sont utilisés pour réaliser des joints de roulement tenant le vide des ancres magnétiques.

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