4 Changements de l`état d`agrégation

4. CHANGEMENTS DE L’ÉTAT D’AGRÉGATION III. Thermodynamique
4 Changements de l’état d’agrégation
4.1 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),lesparticulesréussissentàquitterlaplacefixequ’ellesoccupaient dans le
réseau cristallin ordonné du solide.Désormais,lesparticulessontdonclibresdesedéplacer;
elles peuvent glisser les unes sur les autres car les liaisonsquilestenaientàleurplacesont
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 enliquidequelatempératurecontinue
àmonterlorsd’unapportcontinudechaleur.Eneffet,durantla phase de fusion, toute l’énergie
apportée est utilisée pour détruire les liaisons du réseau cristallin.
76 c ⃝Y. Reiser

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4.2 Solidification
Tout corps pur se solidifie à une température qui lui est propre. Cette température de solidifi-
cation 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»àuneplacefixedansun
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 déplacementdesparticulesduliquide.Maisà
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).
Alatempératuredevaporisation,lesparticulesacquièrentassezd’énergiepoursedétacher
complètement les unes des autres : le liquide s’est transformé en gaz !
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Le tableau suivant donne les températures de vaporisation dequelquessubstancescourantes:
substance θV(◦C)
hélium -267
azote -196
oxygène -183
propane -45
butane 1
éthanol 78,5
eau 100
mazout 210 à 380
mercure 357
aluminium 2467
Table III.2 – Températures de vaporisation
Alatempératuredevaporisation,toutelachaleurfournieàun 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,quiest
la même que la température de vaporisation θV.Siondiminuelatempératured’ungaz,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
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4.5 Variation de température : les différentes étapes en résumé
Considérons un corps solidequi se trouve initialement à la température θinit..Chauffonsconti-
nuellement ce corps.
θ(◦C)
chaleur
θF
θV
θfin.
θinit. IIIIIIIVV
Le graphique (non à l’échelle) montre la variation de la température du corps en fonction de la
chaleur qu’il reçoit.
—phaseI:lachaleurreçueestutiliséepouraugmenterlatempérature du solide jusqu’à
la température de fusion
—phaseII:lachaleurreçueestutiliséepourfondrelesolide :lecorpsdevientunliquide
—phaseIII:lachaleurreçueestutiliséepouraugmenterlatempérature du liquide de la
température de fusion à la température de vaporisation :
—phaseIV:lachaleurreçueestutiliséepourvaporiserleliquide :lecorpsdevientun
gaz
—phaseV:lachaleurreçueestutiliséepouraugmenterlatempérature du gaz
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