Diagramme de phases : Représentation graphique montrant les domaines de stabilité des différentes phases d'une substance.
- Identifier les axes (pression en ordonnée, température en abscisse)
- Repérer les zones de stabilité des phases
- Localiser les lignes d'équilibre entre phases
- Identifier les points particuliers (triple, critique)
- Interpréter les pentes des courbes
Abscisse : température (°C)
Ordonnée : pression (Pa)
Bas gauche : SOLIDE
Milieu : LIQUIDE
Haut droit : GAZ
Courbe de fusion : SOLIDE ↔ LIQUIDE
Courbe de vaporisation : LIQUIDE ↔ GAZ
Courbe de sublimation : SOLIDE ↔ GAZ
Point triple : 0.01°C, 611 Pa (3 phases coexistent)
Point critique : ~374°C, 221 bar (fin de vaporisation)
Le diagramme de phases de l'eau montre trois zones de stabilité (solide, liquide, gaz) séparées par trois lignes d'équilibre, avec un point triple et un point critique.
• Chaque zone : Une phase stable
• Chaque ligne : Équilibre entre deux phases
• Point triple : Trois phases en équilibre
Point triple : Condition de température et pression où trois phases coexistent en équilibre.
Point critique : Condition au-delà de laquelle la distinction liquide-gaz disparaît.
Température et pression uniques où solide, liquide et gaz coexistent
Pour H₂O : T = 0.01°C, P = 611 Pa
Reproductibilité des conditions expérimentales
Référence pour l'échelle de température
Température et pression au-delà desquelles la phase liquide et gazeuse deviennent indiscernables
Pour H₂O : T = 374°C, P = 221 bar
Au-delà du point critique, la substance est dans un état supercritique
Propriétés intermédiaires entre liquide et gaz
Le point triple de l'eau est à 0.01°C et 611 Pa, où les trois phases coexistent. Le point critique est à 374°C et 221 bar, au-delà duquel la distinction liquide-gaz disparaît.
• Point triple : Condition unique d'équilibre à 3 phases
• Point critique : Fin de la vaporisation
• Supercritique : Propriétés hybrides
Sublimation : Transition directe de l'état solide à l'état gazeux sans phase liquide intermédiaire.
Se produit à des pressions inférieures à la pression triple
Exemple : CO₂ sublimation à pression atmosphérique
Molécules de surface échappent directement au réseau solide
Énergie suffisante pour passer directement à l'état gazeux
Glace sèche (CO₂) : sublimation à -78.5°C à pression atmosphérique
Neige : sublimation possible en hiver
Lyophilisation : conservation des aliments
Effets spéciaux : brouillard sec
La sublimation est une transition directe solide → gaz qui se produit à des pressions inférieures à la pression du point triple, comme pour la glace sèche (CO₂) à pression atmosphérique.
• Pression : Inférieure à P_triple
• Énergie : Suffisante pour éviter la phase liquide
• Applications : Lyophilisation, effets spéciaux
H₂O : P_triple = 611 Pa, T_triple = 0.01°C
CO₂ : P_triple = 5.1 bar, T_triple = -56.6°C
H₂O : P_triple < P_atmos ⇒ liquide stable à pression atmosphérique
CO₂ : P_triple > P_atmos ⇒ solide sublimation à pression atmosphérique
H₂O : fusion (0°C) → liquide stable → vaporisation (100°C)
CO₂ : sublimation directe (sans phase liquide à P_atmos)
H₂O : cycle de l'eau, ébullition, congélation
CO₂ : glace sèche, conservation, effets spéciaux
Le CO₂ sublimation à pression atmosphérique car son point triple est à 5.1 bar (supérieur à 1.013 bar), tandis que l'eau fond à 0°C car son point triple est à 611 Pa (inférieur à 1.013 bar).
• Position P_triple : Par rapport à P_atmos détermine le comportement
• Sublimation : Quand P_triple > P_atmos
• Fusion : Quand P_triple < P_atmos
Effet de pression : La température de fusion dépend de la pression selon la pente de la courbe de fusion.
La pente de la courbe de fusion est donnée par : dT/dP = TΔV/ΔH
Où ΔV = V_liq - V_sol et ΔH = enthalpie de fusion
V_liq < V_sol ⇒ ΔV < 0 (l'eau est plus dense que la glace)
Donc dT/dP < 0 ⇒ la température de fusion diminue avec la pression
Augmentation de pression ⇒ fusion de la glace
Phénomène de regel ⇒ patins sur glace
V_liq > V_sol ⇒ ΔV > 0 ⇒ dT/dP > 0
La température de fusion augmente avec la pression
L'eau a une pente négative de fusion car la glace est moins dense que l'eau liquide, contrairement à la plupart des substances qui ont une pente positive.
• Équation de Clapeyron : dT/dP = TΔV/ΔH
• Eau exceptionnelle : V_liq < V_sol ⇒ pente négative
• Conséquence : Pression diminue T_fusion pour l'eau
- Identification des axes : Pression (ordonnée), température (abscisse)
- Localisation des zones : Solide, liquide, gaz
- Repérage des lignes : Équilibre entre phases adjacentes
- Identification des points clés : Triple, critique
- Interprétation des pentes : Équation de Clapeyron
- Chaque zone représente une phase stable
- Chaque ligne représente un équilibre entre deux phases
- Le point triple est unique pour chaque substance
- Le point critique marque la fin de la vaporisation
- La pente de fusion est négative pour l'eau, positive pour la plupart des substances
- Diagramme : pression vs température
- Point triple : 3 phases en équilibre
- Point critique : fin de vaporisation
- Pente négative : eau (V_liq < V_sol)
- Sublimation : se produit sous P_triple
