La notion de solide en physique

« Degré d'ordre des atomes en fonction de la température mais isole le courant • les isolants électriques, sont des éléments interdisant le passage du courant électrique car ils possèdent peu de charges libres contrairement ~ un matériau conducteur où les charges sont nombreuses et libres de se déplacer.

la résistivité de ces matériaux décroît avec la température .

pourrait même couler si on appliquait une contraite suffisante pendant une trés longue durée .

Solide = Température atomes ordonnés forte intéraction matière dense étude a longtemps stagné avant de connaître son envol au XIX' et xx< siècles grace ~ la cristallographie.

• les verres : dans le langage courant le verre désigne un objet transparent cassant et dur.

Pour les scientifiques , le vern est un matériau amorph e, c'est- ~-dire non cristallin et présentant de ce fait un important désordre structural.

Il est essentiellement constitué de silice , de soude , d'oxyde de plomb , d'acide borique et de chaux.

Étant dur, isolant~ la fois sonore, électrique et thermique, résistant aux agents thermiques et aux produits chimiques (~ l'exception de l'acide fluorhydrique), imputrescible et ininflammable, le verre est indispensable voire irremplaçable dans plusieurs domaines de la vie courante : - dans le domaine optique, pour les verres de 1-ttes ; -dans l'industrie agroalimentaire et en chimie ; - dans le domaine nudéaire , on y stocke les déchets de haute activité car sa structure désordonnée permet d'absorber une partie des radiations ; - dans le domaine de la construction et dans l'Industrie mobile ; - dans le domaine artistique .

la fabrication du verre passe par quatre phases principales : • la composition durant laquelle on prépare et on dose le mélange des matières premières constitutives permettant d'avoir un verre de bonne qualité .

Cette opération est automatisée dans les verreries modernes .

• la fusion de ces matières ~ une température de 1 soo •c et leur combinaison formant ainsi le verre.

A ce stade, le verre contient encore des bulles résultant des réactions chimiques qui sont éliminées en prolongeant le chauffage jusqu'~ ce qu'elles remontent Liquide atomes désordonnés forte intéraction matière dense ~ la surface et que le mélange devienne homogène.

On laisse ensuite le verre refroidir jusqu'à atteindre la température lui donnant la bonne viscosité qui le rend malléable .

• le formage à chaud des objets en verre qui diffère selon qu'il s'agisse de verre creux (où l'on prélève individuellement dans le bassin les masses de verre correspondant à l'objet désiré), de verre plat (où l'on cherche ~ obtenir une feuille de verre continue) ou de verre filé (donnant soit des fibres courtes ou longues).

• La recuisson du verre pour le stabiliser et son façonnage.

Trés souvent.

le verre subit des traitements de surface pour le rendre plus dur, antireflets ou hydrophobe comme c'est le cas du verre destiné ~ fabr i q uer les fHite-brlsn .

Des traitements thermiques permettent d'améliorer sa résistance alors que des ajouts de métaux ou d'oxydes permettent d'Influer sur sa couleur .

l'homme n'est pas le plus gros producteur de verre.

C'est une algue unicellulaire de la famille des diatomées , la Cydote/la menegh iniana, qui l'est .

Cette espèce synthétise les silicates de l'eau de mer pour former une coque en verre la protégeant et présentantl'intér~ de ne pas empêcher la photosynthèse en laissant passer la lumière.

Contrairement~ la fabrication industrielle, cette fabrication ne nécessite pas des conditions de température et de pression trés élevées SoHdes io1lques et covalents la cohésion d'un solide est assurée par des liaisons chimiques de nature fondamentalement électrique de diverses formes à l'échelle atomique .

Nous nous intéresserons uniquement aux liaisons chimiques fortes qui sont les liaisons covalentes et les liaisons ioniques .

les solides covalents sont maintenus par des liaisons dans lesquelles chacun des atomes engagés met en commun un électron de sa couche externe pour former un doublet dit doublet liant la liaison est dite double s'il y a deux paires d'électrons engagées et triple atomes désordonnés chocs aléatoires matière peu dense pour trois paires (mais ce cas est relativement rare).

la liaison covalente est délocalisée, chacun des atomes y participant de manière égale avec un électron .

Elle est fortement directionnelle, les molécules posséclant ainsi des formes spécifiques dans l'espace avec des angles de liaison précis.

Elle est enfin forte en comparaison avec d'autres types de liaisons chim iques Qe ,._, , qui est le solide le plus dur est maintenu par des liaisons covalentes) .

les solides ioniques sont maintenus par des interactions électrostatiques (on parle aussi de forces de Coulomb) entre des ions de signes contraires.

la liaison ionique s'établit en général entre des atomes métalliques donneurs d'électrons et des atomes non métalliques accepteurs d 'électrons.

le chlorure de sodium (sel de table) est un exemple de cristal ionique.

le chlorure , étant plus électronégatif que le sodium , attire l'électron de valence du sodium vers lui pour satisfaire la règle de l'octet.

Il gagne ainsi un électron et devient l'ion Cl· tandis que le sodium en perd un pour réaliser l'octet devenant le cation Na·.

Ces ions, étant de signe contraire, s 'attirent mutuellement formant ainsi une liaison ionique .

• les isolants thermiques sont des matériaux empêchant l'entrée ou la fuite de la chaleur.

!:ISOlation thermique est un sujet d'actualité car elle permet des économies en énergie assez importantes et il est aujourd'hui possible de construire des maisons positives en énergie ne nécessitant plus de chaudières .

L'ÉTAT SOLIDE ET LES CHANGEMENTS D'ÉTATS W TIOIS trm DE LA IIATlliE la majorité des matériaux se trouve sous un des trois états principaux selon les conditions de température et de pression :solide, liquide et gazeux.

L'état solide se distingue des deux autres par le fait qu'il possède une forme propre et par sa résistance ~ une force mécanique appliquée sur sa surface ou encore ~ une force de cisaillement Il existe deux types de solides : les solides criistallins et les solides amorphes.

Contrairement au solide, un gaz envahit tout le volume du récipient dans lequel il est placé tandis qu'un liquide en épouse la forme et présente une surface au repos plane et horizontale .

les caractéristiques de ces états peuvent être expliquées au niveau microscopique.

En effet un solide est incompressible et possède une forme propre car ses particules sont liées et rapprochées .

Au contraire, les gaz n'ont pas de volume propre.

Ils sont très compressibles et se répandent dans tout l'espace parce que leurs particules sont non liées , trés agitées et espacées.

les liquides elles gaz sont des fluides : leurs molécules sont libres et peu attachées à leurs voisines, elles sont donc très déformables .

Même si le sable s'écoule comme u n liquide , c'est un corps solide en poudre car chaque grain possède une forme propre puisque la surface des dunes n'est pas plate .

Contrairement à ce que l'on pourrait croire, le verre n 'est pas un solide cristallin mais u n solide amorphe car ses atomes sont mal rangés .

Il W CIIAIIGEMEIIIS D'hAT les changements d'état sont les transitions de la matière causées notamment par des variations de pression et de température.

Il existe six transformations fondamentales qui sont : • la fusion qui est le passage d'un corps de l'état solide ~ l'état liquide ; • la transformation inverse est la solidifiCation (ou congélation pour l'eau) ; • la vaporisation qui est le passage de l'état liquide à l'état gazeux ; • le changement inverse est la liquéfaction ; •le passage d'un corps de l'état solide ~ l'état gazeux sans transiter par l'état liquide est la sublimation ; • enfin, la condensation est le passage de l'état gazeux à un état condensé (solide ou liquide) .

CAs MDKUUEI : L'EAU Trés souvent on représente graphiquement les domaines de chaque état en fonction de la pression et de la température suivant un diagramme appelé diagramme de phase .

On voit sur la représentation ci-dessous qu'il existe u n point unique , correspondant à des conditions particulières de température et de pression (à T = 273,16 Kelvin soit 0,01 •c et P = 611 Pa soit 0,006 atm), où l'eau existe sous ses trois formes .

Ce point est appelé point triple (t) .

L'eau peut être liquide en dessous de o •c mais elle est instable, elle se solidifie au contact Au Chili, des filets tendus dans le brouillard piégentl 'eau pour alimenter des villages dans une zone aride.

En haute attitude et ~ basse température, quand un avion à réaction éjecte de la vapeur d'eau parmi les gaz brillés , elle se condense en donnant ces tr•lnées bi•MIIes dans le sillage de l'avion.

Métaux et Isolants Les phases de l'eau On classe depuis très longtemps les solides selon leur capacité à transmettre le courant électrique et la chaleur.

On distingue ainsi : • les métaux qui sont généralement des solides cristallins dans les conditions normales de température et de pression (à l'exception du mercure qui est liquide) , malléables et ductiles § (capables de se déformer ïii plastiquement sans rompre) .

Ils sont ~ également bons conducteurs de chaleur o..

et d 'électricité , réflecteurs de lumière et ont une résistivité croissante avec la température.

En général , une bonne conduction électrique implique une bonne conduction thermique mais la réciproque n'est pas toujours vraie , comme, par exemple, le carbone diamant qui conduit bien la chaleur Gazeux 1 o·c 1 1oo•c Température. »