SYSTÈMES DE MATÉRIAUX: CLASSIFICATION, PHASES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les systèmes matériels sont ceux qui sont composés de matière et qui sont isolés du reste de l'univers à étudier. La matière est partout, donnant forme et sens réel aux perceptions de la vie quotidienne, mais quand on veut étudier une partie de la matière, son environnement est méprisé et on parle d'un système matériel.

Ils sont très variables, car il existe des matériaux purs et composites, ainsi que différents états et phases d'agrégations. Comment définir la frontière entre le système matériel et son environnement? Tout dépend des variables considérées. Par exemple, dans l'image ci-dessous, chaque bonbon en marbre pourrait être le système à l'étude.

Cependant, si la variable de couleur doit être prise en compte, alors il est nécessaire de considérer toutes les billes dans le distributeur automatique. Parce que la machine ne présente pas d'intérêt, c'est l'environnement des billes. Ainsi, le système matériel de l'exemple en vient à être la masse des billes et leurs propriétés (qu'il s'agisse de gomme, menthe, etc.).

Cependant, chimiquement, les systèmes de matériaux sont définis comme toute substance pure ou un mélange de celle-ci, classés selon leurs aspects physiques.

Classification

Système de matériau homogène

La matière étudiée peut présenter une apparence uniforme, dans laquelle ses propriétés restent constantes quel que soit l'échantillon analysé. En d'autres termes: ce type de système se caractérise par n'avoir qu'une seule phase de la matière au premier coup d'œil.

Substance pure et composés

Si une substance pure est analysée, alors on constatera que les propriétés physico-chimiques coïncident dans les mêmes valeurs et résultats, même si de nombreux échantillons sont prélevés (et dans des zones géographiques différentes).

Par exemple, si un échantillon de calcium était comparé à un échantillon d'Asie, d'Europe, d'Afrique et d'Amérique, ils auraient tous les mêmes propriétés. La même chose se produirait si un échantillon de carbone pur était prélevé.

D'un autre côté, un composé pur manifeste également ce qui précède. S'il était garanti qu'une ardoise était faite d'un seul et unique matériau, alors elle serait classée comme un système de matériaux homogène.

Cependant, cela ne se produit pas pour un échantillon minéral, car il contient en général des impuretés provenant d'autres minéraux associés, et dans ce cas, il s'agit d'un système de matériaux hétérogènes. De même, ces systèmes matériels tels que les arbres, les pierres, les montagnes ou les rivières appartiennent à cette dernière classification.

Dissolution

Le vinaigre commercial est une solution aqueuse à 5% d'acide acétique; c'est-à-dire que 5 ml d'acide acétique pur sont dissous dans 100 ml d'eau. Cependant, il ressemble à un liquide transparent, même s'il s'agit en fait de deux composés purs (eau et acide acétique) combinés.

Système de matériaux hétérogènes

Contrairement à l'homogène, dans cette classe de système ni l'aspect ni les propriétés ne sont constants, étant irréguliers dans toute son extension.

De plus, il peut être soumis à des techniques de séparation physique ou chimique, dont sont extraites des phases considérées chacune comme un système homogène.

Les phases

L'image du haut montre les états de la matière et leurs changements. Celles-ci sont étroitement liées aux phases de la matière car, bien qu'elles soient identiques, elles présentent des différences subtiles.

Ainsi, les phases d'un système matériel sont le solide, le liquide et le gaz. C'est-à-dire que pour certaines matières soumises à analyse, il peut adopter n'importe laquelle des phases précédentes.

Cependant, étant donné que les interactions dans les solides sont très fortes et qu'elles dépendent de variables telles que la pression et la température, un système peut ou non avoir des phases solides différentes.

Par exemple, le composé X, solide à température ambiante, a la phase I; mais lorsque la pression exercée sur lui est très élevée, ses molécules se réarrangent de manière plus compacte, puis une transition de la phase I à la phase solide II se produit.

Il existe même d'autres phases, telles que III et IV, qui dérivent de II à des températures différentes. Ainsi, le système matériel homogène de X d'une phase solide apparente peut acquérir jusqu'à quatre phases solides: I, II, III et IV.

Dans le cas des systèmes liquides et gazeux, généralement les molécules ne peuvent adopter qu'une seule phase dans ces états de la matière. En d'autres termes, il peut ne pas y avoir de phase gazeuse I et de phase gazeuse II.

Diagramme de phase

Il existe de nombreux diagrammes de phase: certains pour un seul composé ou substance (comme celui de l'image ci-dessus), et d'autres pour des systèmes binaires (un sel dans l'eau, par exemple) ou ternaires (trois composants).

Le "plus simple" de tous est le diagramme de phase d'une substance. Ainsi, pour la substance hypothétique Y, sa phase est représentée en fonction de la pression (axe y) et de la température (axe x).

À basse pression, c'est un gaz, quelle que soit sa température. Cependant, lors de l'augmentation de la pression Y, le gaz se dépose dans le solide Y.

Cependant, à des températures supérieures au point critique Y, le gaz se condense en liquide Y, et si la pression est également augmentée (on monte verticalement à travers le diagramme), le liquide se solidifie.

Chaque ligne représente l'équilibre entre les deux phases qu'elle sépare: solide-gaz, liquide-gaz, solide-liquide, liquide-solide et solide-liquide-gaz au point triple.

De plus, à partir du point critique Y, aucune distinction physique n'est mise en évidence entre la phase gazeuse et la phase liquide: elle forme ce que l'on appelle un fluide supercritique.

Exemples

- Un ballon est un système matériel, car son contenu est gazeux et, par conséquent, a un caractère chimique; si le gaz est moins dense que l'air, le ballon montera vers le ciel.

- Le système binaire eau-huile comporte deux phases: l'une d'eau et l'autre, logiquement, d'huile. L'ensemble des deux est le système hétérogène, tandis que les couches individuelles sont des systèmes homogènes. Si vous souhaitez extraire l'huile, vous devrez effectuer une extraction liquide-liquide avec un solvant organique et volatil.

- Un système solide-solide peut être constitué d'un mélange de sucre blanc et de sucre brun. Ici, la différence de couleur entre les cristaux fait de ce boîtier un système hétérogène.

- L'eau de mer est un autre exemple de système de matériaux homogènes. Il consiste en une dissolution de nombreux ions, responsables de son goût salé caractéristique. Si un échantillon d'eau de mer devait s'évaporer dans un récipient, il se déposerait en sels blancs.

Références

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