La diversité de la matière

On distingue deux grandes familles de matière naturelle :

1. La matière organique : C'est la matière produite par les êtres vivants (animaux, végétaux, champignons, bactéries). Elle constitue leurs organes, leurs tiges ou leurs feuilles. Par exemple, le bois, le cuir, la laine ou la chair d'un fruit sont des matières organiques.
2. La matière minérale : C'est une matière dite "inerte". Elle compose les roches, l'eau et l'air. Elle n'est pas produite par le vivant, bien qu'elle soit indispensable à la vie.

La matière organique finit toujours par se décomposer sous l'action de petits organismes (décomposeurs) pour redevenir de la matière minérale, bouclant ainsi le cycle de la nature.

L'être humain a appris à transformer la matière naturelle pour créer de nouveaux objets.

• Les métaux et alliages : On extrait des métaux des roches (minerais) pour fabriquer de l'acier ou de l'aluminium.
• Les plastiques : Ils sont généralement fabriqués à partir du pétrole par des transformations chimiques complexes.
• Les céramiques et le verre : Obtenus par chauffage de sable ou d'argile.

L'utilisation massive de ces matériaux pose aujourd'hui la question de leur impact environnemental, car beaucoup ne sont pas biodégradables et nécessitent un recyclage rigoureux.

Pour classer la matière, les scientifiques utilisent plusieurs critères :

• L'aspect visuel et la texture : Est-ce brillant, rugueux, transparent ou opaque ?
• L'origine : Est-ce naturel (trouvé tel quel dans la nature) ou synthétique (fabriqué en usine) ?
• L'usage : À quoi sert cet objet ? (Construction, alimentation, habillement).

Ce sont deux grandeurs physiques fondamentales :

• La masse : Elle représente la quantité de matière. On la mesure avec une balance. Son unité légale est le kilogramme ($kg$), mais on utilise souvent le gramme ($g$).
• Le volume : Il représente l'espace occupé par la matière. On le mesure souvent avec une éprouvette graduée. Son unité est le litre ($L$) ou le mètre cube ($m^3$).

Il ne faut pas confondre masse et volume : un kilogramme de plumes occupe un volume beaucoup plus grand qu'un kilogramme de plomb, pourtant leur masse est identique.

• Conductivité électrique : Certains matériaux laissent passer le courant (les métaux comme le cuivre), ce sont des conducteurs. D'autres l'empêchent de passer (plastique, verre), ce sont des isolants.
• Conductivité thermique : C'est la capacité à transmettre la chaleur. Les métaux conduisent bien la chaleur, contrairement au bois.
• Magnétisme : C'est une propriété spécifique à certains métaux. Le fer, le nickel et le cobalt sont attirés par un aimant. On appelle cela des métaux ferreux.

• La solubilité : C'est la capacité d'un solide (le soluté) à se dissoudre dans un liquide (le solvant). Si le sel disparaît dans l'eau, on obtient une solution. Si l'on ajoute trop de sel, il ne peut plus se dissoudre : on dit que la solution est saturée.
• La miscibilité : Elle concerne le mélange de deux liquides.
  • Mélange homogène : On ne distingue pas les constituants (eau + sirop).
  • Mélange hétérogène : On distingue les constituants (eau + huile).

Les gaz sont compressibles (on peut réduire leur volume) et expansibles, car les particules qui les composent sont très éloignées les unes des autres.

L'eau peut passer d'un état à un autre selon la température :

• Fusion : Solide → Liquide (la glace fond).
• Solidification : Liquide → Solide (l'eau gèle).
• Vaporisation : Liquide → Gaz (l'eau bout).
• Liquéfaction : Gaz → Liquide (buée sur une vitre).

Pour l'eau pure, à pression normale, la fusion se produit à $0^\circ C$ et l'ébullition à $100^\circ C$. Pendant ces changements, la température reste stable : c'est ce qu'on appelle un palier de température.

Lors d'un changement d'état, la masse ne change pas. Si vous faites fondre $100g$ de glaçons, vous obtiendrez exactement $100g$ d'eau liquide. Cependant, le volume peut varier (la glace prend plus de place que l'eau liquide).

• L'eau minérale : C'est un mélange homogène. Elle contient de l'eau mais aussi des sels minéraux dissous (calcium, magnésium).
• L'air : C'est un mélange de gaz (environ $78\%$ de diazote et $21\%$ de dioxygène).
• Les suspensions : Ce sont des mélanges hétérogènes où des particules solides flottent dans un liquide (comme le jus d'orange avec pulpe).

Pour purifier un mélange hétérogène, on utilise plusieurs techniques :

1. Le tamisage : Pour séparer des solides de tailles différentes.
2. La décantation : On laisse reposer le mélange. Les particules les plus lourdes tombent au fond du récipient.
3. La filtration : On utilise un filtre qui retient les particules solides (le résidu) et laisse passer le liquide (le filtrat).

Pour séparer les constituants d'un mélange homogène (comme l'eau salée) :

• L'évaporation : En chauffant ou en laissant l'eau s'évaporer au soleil (marais salants), on récupère le solide dissous.
• La distillation : On chauffe le mélange pour vaporiser le liquide, puis on refroidit la vapeur pour la liquéfier. Cela permet de récupérer à la fois le solide et le liquide pur.

La matière n'est pas un bloc plein et continu. Elle est constituée de minuscules composants appelés particules (ou molécules).

• Ces particules sont si petites qu'elles sont invisibles à l'œil nu.
• Entre ces particules, il n'y a rien : c'est du vide.
• Une substance pure est composée d'un seul type de particules, alors qu'un mélange en contient plusieurs sortes.

Le comportement des particules explique les états physiques :

• État solide : Les particules sont très proches et liées entre elles. Elles sont ordonnées et ne bougent presque pas.
• État liquide : Les particules sont proches mais peu liées. Elles peuvent glisser les unes sur les autres (ce qui permet au liquide de couler).
• État gazeux : Les particules sont très éloignées et très agitées. Elles se déplacent dans toutes les directions à grande vitesse.

Grâce à ce modèle, on peut tout expliquer :

1. Compressibilité : On peut compresser un gaz car il y a beaucoup de vide entre ses particules. On ne peut pas compresser un solide car les particules se touchent déjà.
2. Conservation de la masse : Lors d'un mélange ou d'un changement d'état, le nombre de particules reste le même. Comme chaque particule a sa propre masse, la masse totale ne change pas.
3. Diffusion : Si vous débouchez un flacon de parfum, les particules de gaz s'éparpillent entre les particules d'air jusqu'à occuper toute la pièce.