Qu’est-ce qu’un diagramme de phases ?
L’état d’une substance dépend de la pression aussi bien que de la température. Un diagramme de phases montre ces deux effets sur un même graphique. L’axe horizontal est la température T, et l’axe vertical est la pression P. Chaque point du diagramme représente des conditions précises.
| Partie du diagramme | Ce qu’elle montre |
|---|---|
| Les trois zones : solide, liquide et gaz | Dans ces conditions, la substance est dans un seul état |
| Les lignes entre les zones | Deux états coexistent : lignes de fusion, de vaporisation et de sublimation |
| Le point triple | Les trois états coexistent |
À des pressions inférieures à celle du point triple, une substance ne peut pas être liquide. À une telle pression, un solide devient directement un gaz quand tu le chauffes. C’est la sublimation. Le point triple de l’eau se situe à environ 0.01 °C et 0.6 kPa.
Déplace le point sur le diagramme
Chauffe et comprime une substance et regarde si elle entre dans la zone solide, liquide ou gazeuse. Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit. Sans compte, tu as accès à 2 chapitres et 5 simulateurs.
Comment utiliser le simulateur ?
- Choisis une substance dans la rangée du bas : Néon, Argon, Oxygène ou Eau.
- Déplace le curseur de gauche du symbole ❄ vers le symbole 🔥 pour chauffer la substance. Le point se déplace vers la droite sur le diagramme.
- Avec le curseur Pompe, change la pression. Le point monte ou descend.
- Lis l’état de la substance, Temp. et La pression sur le panneau de droite.
- Dans le récipient à gauche, les particules se déplacent selon le nouvel état.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Depuis l’état de départ, chauffe seulement la substance. Réponse : le point se déplace vers la droite et traverse tour à tour les zones solide, liquide et gaz.
- Déplace le curseur Pompe vers la gauche jusqu’à ce que le point soit un peu plus bas que le petit point noir. Chauffe ensuite la substance. Réponse : le point passe sous le point triple, et la substance devient directement un gaz sans passer par l’état liquide.
- Amène le point dans la zone gaz, à droite de la zone liquide, et augmente la pression. Réponse : le point monte dans la zone liquide. Tu as liquéfié un gaz en le comprimant.
- Chauffe la substance au maximum et règle Pompe au maximum. Réponse : la substance reste gazeuse. Au-dessus de la température critique, on ne peut pas liquéfier un gaz par simple compression.
Exemples de diagrammes de phases dans la vie réelle
- L’ébullition en altitude. En altitude, la pression de l’air est faible : l’eau bout donc avant d’atteindre 100 °C. À Oulan-Bator aussi, l’eau bout à une température inférieure à 100 °C.
- La glace sèche. Le point triple de CO2 est à une pression supérieure à 1 atm. À pression normale, la glace sèche ne fond donc pas : elle devient directement un gaz.
- Les vêtements gelés. Les vêtements étendus dehors en hiver gèlent, puis sèchent sans dégeler. C’est la sublimation de la glace.
- Les bouteilles de gaz. Le propane et le butane sont des gaz dans les conditions ordinaires, mais dans une bouteille, ils sont liquides sous haute pression.
Ce qu’il faut garder à l’esprit en lisant le diagramme du simulateur
Le diagramme du simulateur est un schéma général, le même pour toutes les substances.
- Quand tu changes de substance, le diagramme ne change pas. Seuls le nombre sur le thermomètre et l’aspect des particules changent.
- La position des lignes ne correspond pas exactement au nombre sur le thermomètre. Par exemple, à 134 kPa, le simulateur montre l’eau solide à 300 K, alors qu’en réalité elle est liquide. Pour les valeurs exactes, lis le guide des températures de fusion et d’ébullition.
- La vraie ligne de fusion de l’eau penche vers la gauche : quand la pression augmente, la glace fond à une température un peu plus basse. La ligne du simulateur penche vers la droite, comme pour la plupart des substances.
