4 Changements de l`état d`agrégation
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4. CHANGEMENTS DE L’ÉTAT D’AGRÉGATION 4 4.1 III. Thermodynamique Changements de l’état d’agrégation Fusion Figure III.13 – Fusion : passage de l’état solide à l’état liquide Si on élève la température d’un corps solide, la vibration de ses particules devient de plus en plus intense. A une température qui est propre au matériel du corps, sa température de fusion (notée θF ), les particules réussissent à quitter la place fixe qu’elles occupaient dans le réseau cristallin ordonné du solide. Désormais, les particules sont donc libres de se déplacer ; elles peuvent glisser les unes sur les autres car les liaisons qui les tenaient à leur place sont détruites : le corps est devenu liquide. Le tableau suivant donne les températures de fusion de quelques substances courantes : substance θF (◦ C) hélium -272 air -220 éthanol -117 mercure -39 huile ∼-10 glace 0 plomb 327 aluminium 660 or 1064 acier 1515 fer 1535 tungstène 3410 diamant 3540 Table III.1 – Températures de fusion Pendant le phase de fusion, un apport de chaleur ne va plus augmenter la température d’un corps. Ce n’est qu’après que tout le corps s’est transformé en liquide que la température continue à monter lors d’un apport continu de chaleur. En effet, durant la phase de fusion, toute l’énergie apportée est utilisée pour détruire les liaisons du réseau cristallin. 76 c Y. Reiser ⃝ 4. CHANGEMENTS DE L’ÉTAT D’AGRÉGATION 4.2 III. Thermodynamique Solidification Tout corps pur se solidifie à une température qui lui est propre. Cette température de solidification est la même que la température de fusion θF . En effet, si on diminue la température d’un liquide, ses particules se déplacent à une vitesse de moins en moins rapide. Finalement, les particules restent «collées» à une place fixe dans un réseau ordonné : il est redevenu solide ! Figure III.14 – Solidification : passage de l’état liquide à l’état solide 4.3 Vaporisation Comme l’eau, toute substance pure entre en vaporisation (c’est-à-dire passe de l’état liquide à l’état gazeux), encore à une température qui lui est propre : sa température de vaporisation, notée θV . Figure III.15 – Vaporisation : Passage de l’état liquide à l’état gazeux Un apport de chaleur fait augmenter la vitesse de déplacement des particules du liquide. Mais à l’état liquide, les particules s’attirent toujours mutuellement (les forces d’attraction entre deux particules sont bien moins élevées qu’à l’état solide, mais elles sont toujours assez grandes pour maintenir les particules proches les unes des autres). A la température de vaporisation, les particules acquièrent assez d’énergie pour se détacher complètement les unes des autres : le liquide s’est transformé en gaz ! 77 c Y. Reiser ⃝ 4. CHANGEMENTS DE L’ÉTAT D’AGRÉGATION III. Thermodynamique Le tableau suivant donne les températures de vaporisation de quelques substances courantes : substance hélium azote oxygène propane butane éthanol eau mazout mercure aluminium θV (◦ C) -267 -196 -183 -45 1 78,5 100 210 à 380 357 2467 Table III.2 – Températures de vaporisation A la température de vaporisation, toute la chaleur fournie à un liquide sert au changement de l’état liquide à l’état gazeux. La température reste constante durant la vaporisation. 4.4 Condensation Tout corps pur passe de l’état gazeux à l’état liquide à sa température de liquéfaction, qui est la même que la température de vaporisation θV . Si on diminue la température d’un gaz, ses particules deviennent de plus en plus lentes. A la température de liquéfaction, elles n’ont plus assez d’énergie pour vaincre les forces d’attraction exercées par les particules voisines : le gaz se transforme en liquide. Figure III.16 – Condensation : Passage de l’état gazeux à l’état liquide 78 c Y. Reiser ⃝ 4. CHANGEMENTS DE L’ÉTAT D’AGRÉGATION 4.5 III. Thermodynamique Variation de température : les différentes étapes en résumé Considérons un corps solidequi se trouve initialement à la température θinit. . Chauffons continuellement ce corps. θ(◦ C) θf in. θV θF θinit. I II III IV V chaleur Le graphique (non à l’échelle) montre la variation de la température du corps en fonction de la chaleur qu’il reçoit. — phase I : la chaleur reçue est utilisée pour augmenter la température du solide jusqu’à la température de fusion — phase II : la chaleur reçue est utilisée pour fondre le solide : le corps devient un liquide — phase III : la chaleur reçue est utilisée pour augmenter la température du liquide de la température de fusion à la température de vaporisation : — phase IV : la chaleur reçue est utilisée pour vaporiser le liquide : le corps devient un gaz — phase V : la chaleur reçue est utilisée pour augmenter la température du gaz 79 c Y. Reiser ⃝
