Diagrammes d'État - Physique-Chimie Seconde

• 1 Axe horizontal : température (°C ou K)
• 2 Axe vertical : pression (Pa, bar ou atm)
• 3 Zones colorées ou identifiées : états de la matière
• 4 Lignes de séparation : changements d'état

• Forme propre et volume fixe
• Particules très proches et fortement liées
• Peu compressible
• Structure ordonnée

• Volume fixe mais forme variable
• Particules proches mais mobiles
• Peu compressible
• Structure moins ordonnée

• Forme et volume variables
• Particules très éloignées
• Très compressible
• Structure désordonnée

• 1 Zone bleu foncé : état solide (glace)
• 2 Zone bleu clair : état liquide (eau)
• 3 Zone bleu très clair : état gazeux (vapeur)
• 4 Lignes rouges : changements d'état

Frontière entre les zones solide et liquide. Elle montre les conditions de température et de pression pour lesquelles le solide et le liquide coexistent en équilibre.

Sur cette courbe, la substance est à la fois solide et liquide.

Frontière entre les zones liquide et gaz. Elle montre les conditions pour lesquelles le liquide et le gaz coexistent en équilibre.

À pression atmosphérique normale, cela correspond à la température d'ébullition.

Frontière entre les zones solide et gaz. Elle montre les conditions pour lesquelles le solide et le gaz coexistent en équilibre.

C'est le passage direct de l'état solide à l'état gazeux.

• Le point triple sert de référence pour calibrer les échelles de température
• Le point critique détermine la limite d'existence des phases distinctes
• Les deux points sont caractéristiques de chaque substance pure

L'axe horizontal représente la température, l'axe vertical la pression.

Repérez les unités utilisées (°C, K pour température ; Pa, bar, atm pour pression).

Identifiez les zones correspondant aux trois états de la matière.

Chaque zone est souvent colorée ou hachurée différemment.

Les lignes de séparation représentent les conditions de changement d'état.

Sur ces lignes, deux phases coexistent en équilibre.

Recherchez le point triple et le point critique.

Ces points ont des significations physiques spécifiques.

• Localiser chaque point (T, P) sur le diagramme
• Identifier la zone dans laquelle se trouve le point
• Indiquer l'état correspondant

• Est-ce que le point est sur une ligne de changement d'état ?
• Est-ce que le point est dans une zone d'état unique ?
• Quelle est la signification physique de chaque condition ?

Ce point se situe dans la zone correspondant à l'état liquide.

Réponse : L'eau est à l'état liquide

Ce point se situe dans la zone correspondant à l'état gazeux (vapeur).

Réponse : L'eau est à l'état gazeux

Ce point se situe sur la ligne de vaporisation/condensation.

L'eau est à la fois liquide et gazeuse (en équilibre).

Réponse : L'eau est en ébullition (liquide et gaz coexistent)

Ce point se situe dans la zone correspondant à l'état solide.

Réponse : L'eau est à l'état solide (glace)

1. Étape 1 : Refroidissement de 150°C à 50°C à P = 0.1 bar
2. Étape 2 : Compression de 0.1 bar à 2 bar à T = 50°C
3. Étape 3 : Chauffage de 50°C à 100°C à P = 2 bar

Déterminer l'état physique de l'eau à chaque étape de la transformation.

Identifier les changements d'état éventuels.

Point A : T = 150°C, P = 0.1 bar

L'eau est à l'état gazeux (vapeur)

On suit une ligne horizontale vers la gauche sur le diagramme.

Entre 150°C et 100°C, l'eau reste gazeuse.

À 100°C, on atteint la ligne de condensation.

On suit une ligne verticale vers le haut sur le diagramme.

À 50°C, l'eau est initialement à l'état gazeux.

Lors de la compression, on traverse la zone gazeuse.

À environ 0.12 bar, on atteint la ligne de condensation.

L'eau devient liquide.

On suit une ligne horizontale vers la droite sur le diagramme.

À 2 bar, l'eau est à l'état liquide entre 50°C et environ 120°C.

À 100°C, l'eau est toujours à l'état liquide.

• La cuisson sous pression (autocuiseur) fonctionne grâce aux propriétés du diagramme d'état de l'eau
• À haute altitude, l'eau bout à une température inférieure à 100°C
• La congélation de l'eau dans les tuyaux dépend des conditions de température et de pression

• Les machines à vapeur fonctionnent en exploitant les changements d'état
• Les pompes à chaleur utilisent les propriétés des diagrammes d'état des fluides frigorigènes
• Les systèmes de refroidissement industriels reposent sur ces principes

• Formation des nuages par condensation de la vapeur d'eau
• Sublimation de la neige en haute montagne
• Formation de la rosée et du givre

• Un récipient transparent résistant à la chaleur
• De l'eau
• Des glaçons
• Un couvercle transparent
• Une source de chaleur (plaque électrique)
• Un thermomètre (facultatif)

1. Placer des glaçons dans le récipient avec un peu d'eau
2. Couvrir partiellement le récipient
3. Chauffer doucement et observer les changements
4. Observer la formation de buée sur le couvercle
5. Noter les différentes phases observées

• Un diagramme d'état montre les états de la matière en fonction de la température et de la pression
• Il est caractéristique de chaque substance pure
• Il permet de prédire l'état d'une substance dans des conditions données

• Zones : états de la matière (solide, liquide, gaz)
• Lignes : changements d'état (fusion, vaporisation, sublimation)
• Points particuliers : point triple et point critique

• Pour déterminer l'état d'une substance
• Pour analyser les transformations physiques
• Pour comprendre les phénomènes naturels et technologiques

Sur un diagramme d'état, les lignes de changement d'état représentent :

• A) Des conditions où une seule phase existe
• B) Des conditions où deux phases coexistent
• C) Des conditions où les trois phases coexistent
• D) Des conditions impossibles

Réponse correcte : B) Des conditions où deux phases coexistent

Le point triple d'une substance est le point où :

• A) Seuls les états solide et liquide coexistent
• B) Seuls les états liquide et gazeux coexistent
• C) Les trois états coexistent en équilibre
• D) La substance n'existe pas

Réponse correcte : C) Les trois états coexistent en équilibre

Sur un diagramme d'état, l'axe horizontal représente généralement :

• A) La pression
• B) La température
• C) Le volume
• D) L'énergie

Réponse correcte : B) La température