I Les différents états de l’eau

II Deux modes de vaporisation de l’eau,

III Echanges d’énergie et changements d’états

I Les différents états de l’eau a- Les trois états de l’eau.

Quels sont les différents états de l’eau?

L’eau existe sous trois états (ou phases) : l’état solide (glace, grêle neige…), l’état liquide (eau du robinet, buée…), et l’état gazeux (vapeur d’eau).

Les états de la matière.

Les états solides et liquides sont des états condensés.

L’état gazeux est un état dispersé.

b- Les changements d’états Quels sont les noms des différents changements d’états?

Les paliers de changement d’états de l’eau (TP) :

A une pression donnée, le changement d’état d’un corps pur s’effectue à température constante. Cette température dépend de la pression.

Un corps pur est composé soit d'une seule espèce d'atomes ou de molécules, soit d'un seul composé où les atomes sont liés entre eux dans des proportions définies.

c- Les domaines des états de l’eau. Quels sont les noms des courbes ci-dessous?

Un diagramme d’état (P,T) permet de déterminer la phase dans laquelle se trouve l’eau à une pression et une température donnée.

Courbe de fusion

Courbe de vaporisation

Courbe de sublimation

Au point triple, les trois phases sont en équilibre.

Au-delà du point critique l’eau est dans un état particulier des fluides nommé supercritique. Dans cet état les propriétés du fluide sont intermédiaires entre celles d’un liquide et d’un gaz.

II Deux modes de vaporisation de l’eau a- L’ébullition Qu’est ce que l’ébullition?

L’ébullition est le passage de l’eau de l’état liquide à l’état vapeur à une température donnée.

Quelle est la température d’ébullition de l’eau?

La température d’ébullition dépend de la pression, on peut la lire sur le diagramme d’état (P,T).

À P = 1,013 Bar Teb = 100 °C pour l’eau.

b- l’évaporation L’évaporation peut se produire à

toute température tant que la pression partielle de la vapeur d’eau dans l’air est inférieure à la pression de vapeur saturante ( pression maximale possible à une température donnée).

On peut lire la valeur de la pression de vapeur saturante sur la courbe de vaporisation du diagramme d’état (P,T).

Certaines molécules d’eau quittent la phase liquide, c’est l’évaporation, d’autres y retournent, c’est la condensation.

L’évaporation est favorisée par :

La température élevée du liquide.

Une grande surface libre de contact avec l’air.

La ventilation de la surface libre.

Hygrométrie de l’air :

L’hygrométrie caractérise l’humidité de l’air.

Le degré hygrométrique, HR est défini par :

HR : degré hygrométrique en pourcentage.

Pvap : Pression partielle de la vapeur d’eau dans l’air en Pa.

PVS : Pression de vapeur saturante en Pa (dépend de T)

HR = 100 x 𝑃𝑣𝑎𝑝

𝑃𝑣𝑠

III Echanges d’énergie et changements d’états. a- Transfert d’énergie (Rappel de première) L’énergie transférée entre un corps chaud et un corps

froid amène une variation de l’énergie interne du système.

L’énergie transférée est communément appelée « chaleur » et est notée Q.

Expression :

m : masse du corps en Kg.

C : Capacité thermique massique du système en J.Kg-1.K-1.

f et i sont les températures finales et initiales exprimées en °C ou en K (la même unité pour les deux!).

Q peut être positif (le système reçoit de l’énergie, son énergie interne augmente) ou négatif (l’inverse…).

Q = m.C (f -i) J

b- Chaleur latente de changement d’état. Lors d’un changement d’état un corps échange de la

chaleur avec l’extérieur : Il en reçoit lors des fusions et vaporisations (Q>0) et il en fournit lors des condensations et solidifications (Q<0).

Expression d’une chaleur de changement d’état :

m : masse du corps en Kg.

L : Chaleur latente ou enthalpie de changement d’état du corps étudié en J.Kg-1.

Définition : La chaleur latente, L, ou enthalpie de changement d’état d’un corps pur est l’énergie qu’il échange avec le milieu extérieur pour le changement d’état de son unité de masse, à température constante.

Q = m.L J

Quelques chaleurs latentes :

Corps Températures de fusion (°C)

L (KJ.Kg-1)

Glace 0 335

Argent 2212 105

Plomb 327 25

Mercure -38.9 11.5

Fer 1536 274

Remarque : Lfus = - Lsol

Quelques chaleurs latentes :

Corps Températures de vaporisations (°C)

L (KJ.Kg-1)

Eau 100 2261

Ethanol 78 906

Dioxygène -183 212.5

Dihydrogène -253 450

Diazote -196 200

Remarque : Lvap = - Lliq

c- Interprétation. Pourquoi la chaleur latente de vaporisation de l’eau est-elle plus élevée que celles de la plupart des autres corps purs?

Les molécules d’eau sont polaires : l’atome d’oxygène attire vers lui les électrons des doublets de liaison, il en résulte des charges partielles.

Des liaisons s’établissent entre les pôles positifs et négatifs des molécules voisines, ce sont des liaisons intermoléculaires : les liaisons hydrogènes.

Les liaisons hydrogènes sont importantes dans l’eau liquide ou solide mais quasi-inexistantes lorsqu’elle est à l’état de vapeur.

Il faut briser ces liaisons hydrogène lors des changements d’états, cela nécessite un apport d’énergie important.

La chaleur latente de vaporisation ou de fusion est plus grande lorsque les molécules sont polaires.