Interpréter un Diagramme de Phases Simple
Comprendre les Diagrammes de Phases
Un diagramme de phases est une représentation graphique des conditions de température et de pression auxquelles les différentes phases (solide, liquide, gaz) d'une substance existent à l'équilibre. Ces diagrammes permettent de prédire l'état d'une substance et les transitions de phase qui se produisent lors de la modification des conditions.
Les Composants d'un Diagramme de Phases
- Les régions de phase où la substance est stable sous une seule forme : solide, liquide ou gazeuse.
- Les courbes de transition où deux phases coexistent à l'équilibre : la courbe de fusion (solide-liquide), de vaporisation (liquide-gaz) et de sublimation (solide-gaz).
- Le point triple (T), condition unique où les trois phases coexistent en équilibre.
- Le point critique (C), au-delà duquel les phases liquide et gazeuse deviennent indiscernables, formant un fluide supercritique.
Questions à traiter
En vous basant sur le diagramme de phases fourni ci-dessus :
- Dans quel état physique se trouve la substance au point de coordonnées (Température = 300°C, Pression = 1.5 atm) ?
- Décrivez le changement de phase qui se produit lorsque, partant d'une température de 100°C et d'une pression de 0.5 atm, on augmente la température à pression constante.
- Que représentent les points T et C sur le diagramme ?
- Estimez la température normale d'ébullition de cette substance (c'est-à-dire la température d'ébullition à une pression de 1 atm).
Correction : Interprétation du Diagramme
1. État physique à (300°C, 1.5 atm)
Pour trouver l'état, on localise le point sur le diagramme. Une température de 300°C se situe loin sur l'axe des x, et une pression de 1.5 atm se situe au-dessus de la ligne de pression normale. Ce point se trouve dans la région située entre les courbes de fusion et de vaporisation, mais au-delà du point critique C, la distinction n'est plus claire. Cependant, en suivant la tendance, à haute température et haute pression, on se trouve dans la zone liquide ou, si la température est très élevée, supercritique.
En se référant à la position relative sur le schéma, le point se trouve dans la région "LIQUIDE".
2. Changement de phase à P = 0.5 atm
On se place sur le diagramme à une pression de 0.5 atm (en dessous de la ligne de 1 atm). En partant d'une température de 100°C, nous sommes dans la région SOLIDE. Si on augmente la température en restant à cette pression, on traverse la courbe de sublimation. La substance passe donc directement de l'état solide à l'état gazeux.
3. Signification des points T et C
- Le point T est le point triple. C'est le seul couple de pression et de température où les trois phases (solide, liquide et gaz) peuvent coexister en équilibre.
- Le point C est le point critique. Au-delà de ce point (à plus haute température et pression), il n'y a plus de distinction entre la phase liquide et la phase gazeuse. La substance est alors dans un état appelé fluide supercritique.
4. Température normale d'ébullition
La température normale d'ébullition est la température à laquelle un liquide bout sous une pression de 1 atm. Pour la trouver, on suit la ligne horizontale correspondant à 1 atm jusqu'à ce qu'elle croise la courbe de vaporisation (la limite entre les régions LIQUIDE et GAZ). On lit ensuite la température correspondante sur l'axe des x. Sur notre schéma, ce croisement se produit à une température supérieure à celle du point triple. En suivant la courbe, on peut l'estimer visuellement. Si le point T est à 120 (sur l'axe x), la température d'ébullition serait par exemple aux alentours de 220°C.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances
1. Que se passe-t-il au point triple ?
2. Pour la plupart des substances, comme l'eau, si on augmente la pression sur un glaçon à température constante (légèrement en dessous de 0°C), que se passe-t-il ?
Glossaire
- Diagramme de Phases
- Graphique représentant les conditions de pression et de température dans lesquelles les différentes phases d'une substance sont stables.
- Point Triple
- Le point unique sur un diagramme de phases où les phases solide, liquide et gazeuse d'une substance coexistent en équilibre thermodynamique.
- Point Critique
- Le point au-delà duquel les phases liquide et gazeuse ne peuvent plus être distinguées. La substance existe alors sous forme de fluide supercritique.
- Transition de Phase
- Le passage d'un état de la matière (solide, liquide, gaz) à un autre. Exemples : fusion, vaporisation, sublimation.
- Fluide Supercritique
- État de la matière d'une substance se trouvant à une température et une pression supérieures à son point critique, où elle possède des propriétés intermédiaires entre celles des liquides et des gaz.
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