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Sciences
Bonjour monsieur Didier! J'aimerai savoir s'il est possible que l'air prenne la forme physique liquide ou encore solide en fonction de la variation de température et ma deuxième question est celle de savoir quelle est la particularité qui fait que l'eau puisse avoir les 3 formes physiques et garde toujours les mêmes propriétés ?
Réponse de Didier Perret
Docteur
Section de chimie et biochimie
Université de Genève
Bonjour Monsieur Jacques!
Pour la première question, l’air est constitué d’environ 78% (en volume) de diazote N2 et 21% (en volume) de dioxygène O2.
Chacun de ces deux gaz possède, de manière individuelle des propriétés propres: Le diazote est caractérisé par un point d’ébullition d’environ -196 °C et par un point de fusion d’environ -210 °C, tandis que le dioxygène a un point d’ébullition d’environ -183 °C et un point de fusion de -219 °C.
Ceci signifie que le diazote est gazeux au-dessus de -196 °C, liquide entre -196 °C et -210 °C, et solide en-dessous de -210 °C (à une pression de 1 atmosphère, c’est-à-dire à une altitude de 0 m, à la surface des océans). Quant au dioxygène, il est gazeux au-dessus de -183 °C, liquide entre -183 °C et -219°C, et solide en-dessous de -219 °C.
Il existe donc, pour chacun de ces 2 gaz pris individuellement, des intervalles restreints de températures dans lesquels le diazote est gazeux pendant que le dioxygène est liquide (entre -183 °C et -196 °C), puis dans lesquels le dioxygène est liquide et le diazote est solide (entre -210 ° et -219 °C). Ce sont d’ailleurs ces petites différences de point de fusion et de point d’ébullition qui permettent de séparer le diazote et le dioxygène de l’air, lorsqu’on souhaite obtenir du diazote pur, respectivement du dioxygène pur. Pris individuellement, le diazote et le dioxygène sont donc tous deux solides à des températures inférieures à -219 °C (jusqu’à -273 °C, température la plus basse atteignable).
Lorsque le diazote et le dioxygène sont mélangés de manière homogène en bonnes proportions pour constituer l’air que nous respirons, les propriétés du mélange sont différentes de celles de chacun des deux gaz pris individuellement: Le point d’ébullition du mélange est d’environ -194 °C et son point de fusion est d’environ -216 °C.
Pour ce qui concerne la deuxième question, vous pourrez vous référer à ma réponse donnée en 2018. En substance, les propriétés exemplaires de l’eau proviennent de l’existence de "liaisons hydrogène" qui se créent entre les atomes d’hydrogène d’une molécule d’eau H2O et l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau voisine; ces liaisons sont certes faibles, mais ce sont elles qui confèrent la plupart des propriétés de l’eau. J’ajouterai que les propriétés physico-chimiques de l’eau sous forme solide, liquide, ou gazeuse ne sont pas identiques: Les état solide, liquide, gazeux, représentent bien des propriétés physiques différentes, tandis qu’à l’état solide, liquide ou gazeux, la réactivité chimique des molécules d’eau est également différente.
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