Diagramme de phase de l'eau

Changements de phase

Fig. 1 : Les différents états de la matière

• Dans un solide, les particules sont proches les unes des autres et ne peuvent que vibrer.
• Dans un liquide, les particules sont légèrement plus éloignées les unes des autres et peuvent échanger leurs places.
• Dans un gaz, les particules sont très éloignées les unes des autres et peuvent se déplacer librement.

La température est une mesure de l'énergie cinétique (énergie de mouvement), donc plus une chose est chaude, plus ses particules se déplacent rapidement. C'est pourquoi, lorsqu'une espèce atteint une certaine quantité d'énergie/de chaleur, elle change de phase.

Les changements de phase provoqués par le gain de chaleur sont les suivants :

• La fusion (solide --> liquide).
• L'ébullition (liquide --> gaz).
• Sublimation (solide --> gaz).

Fondamentalement, l'espèce a gagné suffisamment d'énergie pour que ses particules puissent se déplacer plus librement et donc se libérer des interactions entre elles ou les affaiblir.

Les changements de phase provoqués par la perte de chaleur sont :

• La congélation (liquide --> solide).
• Condensation (gaz --> liquide).
• Le dépôt (gaz --> solide).

Lorsque nous plaçons une espèce dans un environnement plus froid qu'elle, l'environnement "absorbe" l'énergie thermique de l'espèce, ce qui provoque son refroidissement.

Lorsqu'une espèce se refroidit, ses particules se déplacent plus lentement, de sorte que les interactions entre les particules deviennent plus fortes et que les particules elles-mêmes se rapprochent les unes des autres.

Définition d'un diagramme de phase

Dans un diagramme de phase, la pression est indiquée sur l'axe des y et la température sur l'axe des x. En suivant le diagramme, nous pouvons voir comment les changements de pression et de température affectent l'état de la matière d'une substance.

Bien que l'on pense généralement que les changements de phase sont dus à la température, un changement de pression peut également provoquer un changement de phase. Lorsque la pression augmente, les particules sont comprimées plus étroitement. Pour cette raison, une augmentation de la pression est similaire à une diminution de la température en termes de changement de phase (c'est-à-dire que lorsque la pression d'un liquide est suffisamment élevée, il devient solide, de la même façon qu'un liquide gèle s'il est à une température suffisamment basse).

Comment lire un diagramme de phase de l'eau

Maintenant que nous savons ce qu'est un diagramme de phase, examinons celui de l'eau.

Voici à quoi ressemble le diagramme de phase de base de l'eau :

Fig. 2 : Le diagramme de phase de base de l'eau

Il y a ici quelques points clés que nous devons connaître :

• Le point triple
  • Le point triple est l'endroit où les trois phases peuvent exister en équilibre
  • En fonction de la façon dont la pression/température est modifiée, n'importe quel changement de phase peut se produire à cet endroit.
• Lepoint critique
  • À ce stade, il n'est plus possible de faire la distinction entre la phase liquide et la phase gazeuse.
  • Nous considérons la substance comme un fluide supercritique à la fois à ce point et au-delà.
• La courbe de sublimation/déposition
  • La courbe en bas à gauche entre le gaz et le solide jusqu'au point triple.
  • Indique les différentes températures/pressions auxquelles un gaz peut se transformer en solide et vice-versa.
• La courbe d'ébullition/condensation
  • La courbe du point triple au point critique
  • Indique les différentes températures/pressions auxquelles un liquide peut se transformer en gaz et vice-versa.
• La courbe de fusion/congélation
  • La courbe du point triple vers le haut entre la phase solide et la phase liquide.
  • Indique les différentes températures/pressions auxquelles un solide peut se transformer en liquide et vice-versa.

Questions pratiques sur le diagramme de phase de l'eau

Maintenant que nous avons appris à lire un diagramme de phase, essayons de résoudre quelques problèmes pratiques !

Importance d'un diagramme de phase

Les diagrammes de phase sont un outil de référence très important. Il nous montre la relation entre la température, la pression et la phase. Par exemple, as-tu déjà cuisiné quelque chose et remarqué qu'il y avait des instructions pour les hautes altitudes ? C'est parce qu'à haute altitude, la pression est plus faible, donc les différentes espèces comme l'eau vont se comporter différemment.

Cela nous aide aussi à comprendre dans quel état se trouveront certaines espèces à différentes températures et pressions, ce qui peut être très utile pour faire des expériences.