Science et technologie s1578

Les changements de phase et le diagramme de changement d'état

Un changement de phase est un changement d'un état de la matière vers un autre état sous des variations de température ou de pression.

Le diagramme suivant présente le nom attribué à chacun des changements d’état.


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La fusion

La fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide.

Pour que ce changement de phase se produise, il faut que de la chaleur soit fournie à la substance solide.
La fonte des neiges en est un exemple.
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La solidification

La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide.

La solidification est le procédé inverse de la fusion. Il faut donc diminuer la température pour transformer une substance à l'état liquide initialement vers l'état solide.

Pour fabriquer des lingots d’or, on fond l’or et on le verse sous forme liquide dans les moules. Lorsque l’or s’est solidifié, on retire le moule.
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La sublimation

La sublimation est le passage de l’état solide à l’état gazeux.

Pour passer directement de l'état solide à l'état gazeux, il faut des conditions de température et de pression particulières.

Avec une pression atmosphérique normale, la glace sèche, formée de dioxyde de carbone, peut se transformer en gaz lorsqu'elle est placée dans un contenant à température ambiante.
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La condensation solide

La condensation solide est le passage de l’état gazeux à l’état solide.

Pour que la condensation solide puisse se produire, il est nécessaire d'avoir un support solide. De plus, il doit y avoir une diminution de la température pour que le phénomène se produise.

Le givre sur les fenêtres en hiver est un exemple de condensation solide.
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Le gel au sol est également un exemple de condensation solide.
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La vaporisation

La vaporisation est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. 

Ce passage peut porter d'autres noms comme l’évaporation ou l’ébullition. Lorsqu’une vaporisation se produit lentement, on parle d’évaporation. Lorsque ce changement d’état se produit rapidement, il s’agit alors d’une ébullition. Dans les deux cas, il faut fournir de l'énergie pour que le changement de phase puisse se produire.

Si on laisse un verre d’eau sur le comptoir quelques jours, la quantité d’eau diminuera, car une partie de cette eau se sera évaporée.
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L’eau que l’on fait bouillir sur la cuisinière est un exemple de vaporisation rapide (ébullition).
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La condensation liquide

La condensation liquide est le passage de l’état gazeux à l’état liquide.

Ce passage peut aussi être nommé liquéfaction.

L’eau que l’on retrouve sur le miroir après une douche chaude est de l’eau qui a subi une liquéfaction. La vapeur d’eau s’est condensée au contact du miroir froid.
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Plusieurs phénomènes de l’atmosphère s’expliquent par la condensation liquide : les nuages, le brouillard, la brume, la rosée.
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Le diagramme de changement d'état d'une substance pure

Il est possible de modifier l'état d'une substance en modifiant, notamment, sa température. De manière générale, une substance solide chauffée passera par l'état liquide avant de se transformer en gaz si on continue de la chauffer. Les températures auxquelles les changements de phase se produisent sont des propriétés caractéristiques des substances.

Voici le graphique représentant la température de l'eau initialement à l'état solide (sous forme de glace) placée sur une source de chaleur en fonction du temps.

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À partir de ce graphique, il est possible d'analyser les différents états et les changements d'état.

Au point 1, l'eau reste sous forme de glace bien que la température s'élève.

Lorsque la température atteint 0 ºC, soit au point A, l'eau solide commence à devenir liquide.

Le point 2 représente le changement de phase entre l'état solide et l'état liquide, soit la fusion. Durant ce changement de phase, la température n'augmente pas même si la source de chaleur est toujours présente. Il y a coexistence de l'état solide et de l'état liquide durant ce plateau.

Au point B, toute l'eau qui était dans l'état solide s'est transformée: il ne reste que de l'eau à l'état liquide.

Durant l'étape 3, la température de l'eau augmente. Toutefois, l'eau demeure dans son état liquide.

Au point C, l'eau commence à se transformer en vapeur d'eau.

Durant l'étape 4, la transformation de l'eau à l'état liquide vers l'état gazeux se produit: c'est la vaporisation. Durant ce changement de phase, la température n'augmente pas même si la source de chaleur est toujours présente. Il y a coexistence de l'état liquide et de l'état gazeux durant ce plateau.

Au point D, toute l'eau est devenue vapeur: seule l'état gazeux existe. 

Finalement, durant la dernière étape, la température de l'eau dans l'état gazeuse augmente. Cependant, elle demeurera dans cet état.

Dans le cas d'une substance non-pure (par exemple un mélange eau-sel), ce palier n'existe pas.


Les états de la matière
Interpréter le diagramme de changement de phase


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