Changements d'états/Différents changements d'états

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Rappel

• voir États de la matière

État de la matière

Il existe 3 états différents de la matière :

• L'état solide
• L'état liquide
• L'état gazeux

Si l’on prend l'exemple de l'eau, on obtiendra :

• de la glace sous sa forme solide
• de l'eau sous sa forme liquide
• de la vapeur d'eau sous sa forme gazeuse

À ces trois états de la matière visibles en conditions atmosphériques, on ajoute parfois d'autres « états » comme :

• le plasma (gaz ionisé),
• le condensat de Bose-Einstein (condensation de bosons dans le niveau de plus basse énergie),
• le gaz de fermions dégénéré (gaz quantique obtenu lorsque la température est suffisamment basse i.e. T < Température de Fermi),
• l'état superfluide (La superfluidité est un état où la matière se comporte comme un fluide dépourvu de toute viscosité. C’est par exemple le cas de l'hélium liquide à très basse température qui présente une transition de phase),
• le fluide supercritique (On parle de fluide supercritique lorsqu'un fluide est chauffé au-delà de sa température critique et lorsqu’il est comprimé au-dessus de sa pression critique),
• l'état polyphasique (Il s'agit d'un mélange hétérogène constitué d'au moins une phase dispersée dans un milieu suspensif ou phase dispersante) dont le colloïde
• les mésophases (état mésomorphe des cristaux liquides),
• la matière dégénérée (lorsque la densité devient élevée, la matière est déstructurée. Cet état de la matière se rencontre dans les étoiles, plus particulièrement dans les naines blanches. L'hydrogène métallique est aussi un exemple de matière dégénérée),
• le plasma quark-gluon (Le plasma de quarks et de gluons ou quagma est un état de la chromodynamique quantique qui existe à des températures et/ou des densités extrêmement élevées. Cet état consiste en une « soupe » de quarks et de gluons presque libres).

Dénomination des différents changements d'état

Chaque changement d'état porte un ou plusieurs noms:

Solide à Liquide :

• fusion

Solide à Gazeux :

• sublimation

Liquide à Gazeux :

• évaporation (phénomène lent, à la surface d'un liquide)
• vaporisation (phénomène rapide, formation de bulles de vapeur au sein du liquide)
• caléfaction (phénomène brutal, formation d'un film de vapeur autour de gouttelettes d'eau)

Liquide à Solide :

• solidification

Gazeux à Liquide :

• liquéfaction
• condensation (par abus de langage)

Gazeux à Solide :

• condensation

Diagramme de phase ( P / T )

Propriété

On représente un corps pur sous une ou plusieurs de ses phases solides, liquide et gazeuse, en fonction des conditions de pression et de température.

Info : Sur ce graphique est représentée la pression en bar ; il est important ici de signaler que l'unité exact est le bar absolu. Vous pouvez voir la relation entre le bar absolu et le bar relatif sur la représentation suivante ($\scriptstyle 1\ bar_{absolu}=0\ bar_{relatif}=1\ P_{atm}$) :

Par convention, le $\scriptstyle bar$ correspond au bar relatif. Il faudra écrire $\scriptstyle bar_{abs}$, $\scriptstyle bar_{a}$ ou encore $\scriptstyle bar_{absolu}$ lorsqu'on parle de bar absolu.

Remarques : Généralement, un corps pur existe sous une seule phase pour une pression et une température données, sauf :

• au point triple, où les 3 phases coexistent à une température et une pression données
• lorsque pression et température correspondant à un changement d'état (remarque : la courbe de changement d'état liquide-vapeur s'interrompt en un point appelé point critique, au-delà duquel le corps ne présente plus qu'une seule phase fluide, c'est-à-dire un état indéterminé entre gaz et liquide)

En règle générale, les courbes de changement d'état sont croissantes dans le diagramme $\textstyle P=f(T)$. Une exception notable est celle de l'eau, pour laquelle la courbe de fusion - solidification est décroissante pour des pressions raisonnables (ceci tient au fait que la glace flotte sur l'eau liquide).

Diagramme de phase ( P / V / T )

Propriété

Sachant que les 3 principaux paramètres pour donner l'état de la matière sont pression, volume et température, les résultats sont parfois présentés sous la forme d'un diagramme en trois dimensions (1er graphique à gauche) et modélisé pour un corps pur (2^e graphique à droite).

Bien sûr, ce diagramme représentatif est propre à chaque corps. Il est ici idéalisé pour un corps pur.

Info : c’est à partir de ce diagramme en 3 dimensions qu'a été réalisé le diagramme ( P / T ) :