| Transformation | État initial | État final | Conditions |
|---|---|---|---|
| Fusion | Solide | Liquide | Température de fusion |
| Solidification | Liquide | Solide | Température de fusion |
| Vaporisation | Liquide | Gaz | Température d'ébullition |
| Condensation | Gaz | Liquide | Température de condensation |
| Sublimation | Solide | Gaz | Direct |
| Condensation inverse | Gaz | Solide | Direct |
Définition : Représentation graphique des états physiques d'une substance en fonction de la pression et de la température
Phases : Zones correspondant aux différents états de la matière
Points particuliers : Point triple, point critique
Diagramme d'état : Représentation graphique des états physiques d'une substance en fonction de la pression et de la température.
Chaque zone du diagramme correspond à une phase stable
Les conditions (pression, température) déterminent la phase présente
1 atm = 101 325 Pa, 25°C = 298 K
Pression : 1 atm (pression atmosphérique normale)
Température : 25°C (température ambiante)
Sur le diagramme d'état de l'eau, ce point se trouve dans la zone correspondant à l'état liquide
La température (25°C) est comprise entre 0°C et 100°C
La pression (1 atm) est la pression normale
À 1 atm et 25°C, l'eau est à l'état liquide
À température ambiante et pression normale, l'eau est effectivement liquide
À 1 atm et 25°C, l'eau est à l'état liquide selon son diagramme d'état.
• Lecture du diagramme : Identifier la zone correspondant aux conditions données
• Conditions standards : 1 atm = pression normale, 25°C = température ambiante
• Phase stable : La phase correspondant à la zone du diagramme
Point triple : Point du diagramme d'état où les trois phases (solide, liquide, gaz) coexistent en équilibre.
Température et pression spécifiques
Unique pour chaque substance pure
Conditions d'équilibre des trois phases
C'est le point où les courbes de fusion, d'ébullition et de sublimation se rencontrent
Les trois phases coexistent en équilibre thermodynamique
La substance peut se trouver simultanément dans les trois états
Température spécifique (Ttriple)
Pression spécifique (Ptriple)
Chaque substance pure a un point triple unique
Il est utilisé comme point de référence en thermométrie
Pour l'eau : Ttriple = 0,01°C, Ptriple = 611,73 Pa
Le point triple est le point du diagramme d'état où les trois phases (solide, liquide, gaz) coexistent en équilibre thermodynamique à des conditions de température et pression spécifiques.
• Équilibre des trois phases : Simultanément solide, liquide et gaz
• Conditions spécifiques : Température et pression uniques
• Unicité : Chaque substance pure a un point triple unique
Courbe de fusion : Ligne dans le diagramme d'état séparant les zones solide et liquide.
Pour la plupart des substances : ρsolide > ρliquide
Pour l'eau : ρsolide < ρliquide (glace flotte)
Cela influence la pente de la courbe de fusion
L'eau est exceptionnelle : la glace est moins dense que l'eau liquide
ρglace ≈ 0,92 g/cm³, ρeau ≈ 1,0 g/cm³
Une augmentation de pression favorise l'état le plus dense
Pour l'eau, cela favorise l'état liquide
À pression plus élevée, la fusion se produit à température plus basse
La pente de la courbe de fusion est donc négative
La plupart des substances ont une pente positive
Leur solide est plus dense que leur liquide
Cela explique pourquoi la glace fond sous pression
La courbe de fusion de l'eau a une pente négative car la glace est moins dense que l'eau liquide. Une augmentation de pression favorise donc l'état liquide, abaissant la température de fusion.
• Densité exceptionnelle : La glace est moins dense que l'eau
• Principe de Le Chatelier : La pression favorise l'état le plus dense
• Pente de la courbe : Négative pour l'eau, positive pour la plupart des substances
Transformation isobare : Transformation à pression constante.
Pression fixée à 1 atm
Température augmente
Transition de phase possible
Pression : 1 atm (constante)
Température initiale : supposons 25°C
État initial : liquide
Température augmente de 25°C à 100°C
L'eau reste liquide
Énergie absorbée pour augmenter l'énergie cinétique des molécules
À 100°C, l'eau commence à bouillir
Température reste constante pendant le changement d'état
Énergie absorbée pour rompre les liaisons intermoléculaires
Toute l'eau se transforme en vapeur d'eau
Température reste à 100°C pendant la transformation
Après vaporisation complète, la température de la vapeur peut augmenter
Énergie sert à augmenter l'énergie cinétique des molécules gazeuses
En chauffant de l'eau liquide à pression constante de 1 atm, la température augmente jusqu'à 100°C, où l'eau bout et se transforme en vapeur. Pendant l'ébullition, la température reste constante.
• Température constante : Pendant le changement d'état
• Énergie de changement d'état : Chaleur latente de vaporisation
• Isobare : Pression constante
Température d'ébullition : Température à laquelle la pression de vapeur saturante égale la pression extérieure.
Pression d'ébullition = pression extérieure
Augmentation de pression → augmentation de température d'ébullition
La courbe d'ébullition montre cette relation
La température d'ébullition dépend de la pression extérieure
Plus la pression est élevée, plus il faut d'énergie pour faire bouillir
À 1 atm : température d'ébullition de l'eau = 100°C
À 2 atm : la pression est plus élevée
Sur la courbe d'ébullition, on suit la relation P = f(T)
À 2 atm, la température d'ébullition est supérieure à 100°C
À 2 atm (≈202 650 Pa), la température d'ébullition de l'eau est environ 120°C
Cela correspond à l'utilisation d'une cocotte-minute
Pression plus élevée → cuisson plus rapide
À 2 atm, la température d'ébullition de l'eau est d'environ 120°C, selon le diagramme d'état.
• Relation pression-température : Augmentation de pression → augmentation de température d'ébullition
• Courbe d'ébullition : Ligne dans le diagramme d'état
• Applications : Cocotte-minute, distillation sous pression
Point critique : Point du diagramme d'état au-delà duquel on ne peut plus distinguer liquide et gaz.
Point triple : Coexistence des 3 phases (S, L, G)
Point critique : Fin de la distinction L/G
Conditions : Température et pression spécifiques
Conditions spécifiques de température et pression
Les trois phases (solide, liquide, gaz) coexistent en équilibre
Unique pour chaque substance pure
Conditions spécifiques de température et pression
Au-delà, on ne peut plus distinguer liquide et gaz
État supercritique
Point triple : 3 phases en équilibre
Point critique : fin de la distinction entre 2 phases (liquide et gaz)
Point triple : bas du diagramme (pressions et températures faibles)
Point critique : haut du diagramme (pressions et températures élevées)
Pour l'eau : Point triple à 0,01°C et 611,73 Pa
Pour l'eau : Point critique à 374°C et 221 bar
Le point triple est la condition où les trois phases coexistent, tandis que le point critique est la condition au-delà de laquelle liquide et gaz ne peuvent plus être distingués.
• Point triple : Coexistence des 3 phases à des conditions spécifiques
• Point critique : Fin de la distinction L/G, phase supercritique
• Positions sur le diagramme : Bas pour triple, haut pour critique
Prédiction d'état : Déterminer la phase stable d'une substance à des conditions données de température et pression.
Localiser le point (T, P) sur le diagramme
Identifier la zone dans laquelle se trouve le point
La zone correspond à la phase stable
Identifier les axes : température (horizontale), pression (verticale)
Repérer les zones correspondant aux différentes phases
Température T et pression P données
Convertir si nécessaire dans les unités du diagramme
Reporter les coordonnées (T, P) sur le diagramme
Déterminer dans quelle zone se trouve le point
La zone correspond à la phase stable à ces conditions
Solide, liquide, gaz, ou équilibre de phases
Si le point est sur une ligne, il y a équilibre entre deux phases
Si le point est sur un point triple, les trois phases sont en équilibre
Pour prédire l'état d'une substance à une température et pression données, on localise le point correspondant sur le diagramme d'état et on identifie la zone dans laquelle il se trouve.
• Lecture du diagramme : Localiser le point (T, P)
• Identification de la zone : Correspond à la phase stable
• Équilibre de phases : Sur une ligne ou un point particulier
Lignes de phase : Frontières entre les zones correspondant aux différentes phases.
Courbe de fusion : Solide ↔ Liquide
Courbe d'ébullition : Liquide ↔ Gaz
Courbe de sublimation : Solide ↔ Gaz
Les lignes séparent les zones correspondant à chaque phase
Elles représentent les conditions d'équilibre entre deux phases
Sépare la zone solide de la zone liquide
Représente les conditions où solide et liquide sont en équilibre
Sépare la zone liquide de la zone gaz
Représente les conditions d'ébullition/condensation
Sépare la zone solide de la zone gaz
Représente les conditions de sublimation/condensation inverse
Sur une ligne, deux phases peuvent coexister
Le changement d'état se produit à température constante
Les lignes dans un diagramme d'état représentent les conditions d'équilibre entre deux phases. Elles séparent les zones correspondant à chaque phase stable.
• Séparation des phases : Lignes comme frontières
• Équilibre de phases : Deux phases en équilibre sur une ligne
• Types de courbes : Fusion, ébullition, sublimation
Diagramme d'état particulier : L'eau présente des comportements exceptionnels par rapport à la plupart des substances.
Pente négative : Courbe de fusion a une pente négative
Densité : Solide moins dense que liquide
Structure moléculaire : Liaisons hydrogène
La plupart des substances ont une pente positive
L'eau a une pente négative (pression augmente → température de fusion diminue)
La glace est moins dense que l'eau liquide
Cela est dû à la structure cristalline de la glace
Les liaisons hydrogène créent une structure ouverte dans la glace
Cela augmente le volume et diminue la densité
La glace flotte → protection des fonds aquatiques
Permet la vie dans les lacs gelés
Point triple à des conditions proches des conditions terrestres
Large domaine de phase liquide
Le diagramme d'état de l'eau est particulier car la courbe de fusion a une pente négative (glace moins dense que l'eau), ce qui est exceptionnel parmi les substances.
• Pente négative : Caractéristique exceptionnelle de l'eau
• Densité inverse : Glace flotte sur l'eau
• Structure moléculaire : Liaisons hydrogène responsables
Transformation isotherme : Transformation qui se produit à température constante.
Sur le diagramme : ligne horizontale
Température fixe, pression variable
Peut traverser plusieurs phases
Transformation à température constante
Sur un diagramme (P, T), la température est constante
Sur un diagramme d'état (pression en ordonnée, température en abscisse)
Une transformation isotherme est représentée par une ligne horizontale
La pression peut augmenter ou diminuer à température constante
La ligne horizontale va de gauche à droite ou de droite à gauche
Si la ligne traverse une ligne de phase, il y a changement d'état
Exemple : passage de gaz à liquide si on augmente la pression
Compression isotherme de vapeur d'eau à 25°C
À une certaine pression, la vapeur se condense en liquide
Une transformation isotherme est représentée par une ligne horizontale sur un diagramme d'état, car la température reste constante tandis que la pression varie.
• Ligne horizontale : Température constante
• Direction variable : Pression peut augmenter ou diminuer
• Changements de phase : Possibles lors du franchissement de lignes de phase
