Diagramme de phases

L'axe horizontal représente la température, généralement en degrés Celsius (°C) ou en Kelvin (K).

Elle varie de basse température (gauche) à haute température (droite).

L'axe vertical représente la pression, généralement en atmosphères (atm) ou en pascals (Pa).

Elle varie de basse pression (bas) à haute pression (haut).

Cette zone correspond aux conditions de température et de pression où la substance existe à l'état solide.

Elle se trouve généralement à basse température et pression modérée.

Cette zone correspond aux conditions où la substance existe à l'état liquide.

Elle se situe généralement à température intermédiaire et pression modérée.

Cette zone correspond aux conditions où la substance existe à l'état gazeux.

Elle se trouve généralement à haute température et basse pression.

La courbe de fusion sépare la zone solide de la zone liquide.

Elle montre les conditions de température et de pression auxquelles la substance peut exister simultanément à l'état solide et liquide.

La courbe de vaporisation sépare la zone liquide de la zone gazeuse.

Elle montre les conditions de température et de pression auxquelles la substance peut exister simultanément à l'état liquide et gazeux.

La courbe de sublimation sépare la zone solide de la zone gazeuse.

Elle montre les conditions auxquelles la substance peut passer directement de l'état solide à l'état gazeux.

Le point triple est le point unique sur le diagramme de phases où les trois phases (solide, liquide, gaz) coexistent en équilibre.

Il correspond à une température et une pression spécifiques.

Pour l'eau, le point triple se trouve à :

• Température : 0.01°C
• Pression : 611.73 Pa (0.006 atm)

C'est à cette condition que la glace, l'eau liquide et la vapeur d'eau peuvent coexister.

Le point critique est le point au-delà duquel il n'est plus possible de distinguer la phase liquide de la phase gazeuse.

Au-delà de ce point, la substance existe sous forme de fluide supercritique.

Pour l'eau, le point critique se trouve à :

• Température critique : 374°C
• Pression critique : 218 atm

Au-delà de ces conditions, il n'y a plus de distinction entre liquide et gaz.

1 La courbe de fusion a une pente négative
2 Cela signifie que la pression favorise la fusion de la glace
3 Sous haute pression, la glace fond à une température inférieure à 0°C
4 Cela explique le phénomène de regel des patinoires

1 Le CO₂ solide (glace carbonique) sublime directement en gaz à 1 atm
2 Le point triple est à -56.6°C et 5.11 atm
3 Il n'existe pas de phase liquide à pression atmosphérique normale
4 Cela explique pourquoi la glace carbonique disparaît sans fondre

Les diagrammes de phases expliquent de nombreux phénomènes en cuisine :

• Utilisation des autocuiseurs pour augmenter la température d'ébullition
• Lyophilisation des aliments (sublimation du gel)
• Refroidissement rapide des aliments
• Conservation sous vide

Les diagrammes de phases sont exploités dans de nombreux domaines :

• Industrie pétrolière (extraction et transport)
• Technologies cryogéniques
• Supercritique CO₂ pour l'extraction
• Centrales thermiques

1. Le point triple est à (50°C, 0.5 atm)

2. Le point critique est à (300°C, 80 atm)

3. La courbe de vaporisation passe par (150°C, 1 atm)

4. La zone solide est en bas à gauche, la zone gazeuse en haut à droite

À 25°C et 1 atm, la température est inférieure au point triple (50°C) et la pression est supérieure à celle du point triple (0.5 atm).

Donc la substance X est à l'état solide.

En chauffant de 25°C à 200°C à pression constante de 1 atm :

1. De 25°C à 150°C : X reste solide

2. À 150°C : X fond (fusion) et devient liquide

3. De 150°C à 200°C : X est à l'état liquide

• Représente les zones de stabilité des phases
• Abscisse : température
• Ordonnée : pression

• Fusion : solide ↔ liquide
• Vaporisation : liquide ↔ gaz
• Sublimation : solide ↔ gaz

• Point triple : coexistence des 3 phases
• Point critique : fin de la distinction liquide-gaz