Chapitre 3 Flashcards
Transition de phase
passage d’un état à un autre lorsque la pression, le volume, la température, densité, énergie, quantité de matière changent. On l’étudie à travers des diagrammes de transition de phase.
passage de gazeux à liquide
condensation liquide
passage de liquide à solide
solidification
passage de solide à gazeux
sublimation
passage de gaz à solide
condensation solide
passage de solide à liquide
fusion
passage de liquide à gazeux
vaporisation (ébullition)
transition du 1er ordre (système hétérogène)
implique une chaleur latente. Il y a absorption/libération d’une grande quantité d’énergie (souvent fixe), mais le système ne peut pas absorber/libérer cette énergie (fixe et en général plutôt grande), au même moment, la réaction est donc étendue dans le temps (toutes les parties ne subissent pas la transformation en même temps)
Ce sont des transformations hétérogènes. Les transitions de phase sont brutales et chaotiques dues à la chaleur latente.
transition du 1er ordre
dures à étudier, dynamique violente et non contrôlable, caractérisées par une discontinuité des propriétés
changement d’état des corps purs
à pression constante, un changement d’état des corps purs se fait à température constant
A ……………………., en abaissant la température, on a un ………………………… jusqu’à la température correspondant au changement d’état. Pendant le changement d’état, T …………………….
pression constante/ refroidissement de la phase liquide/ ne varie pas
phénomène de surfusion
retard à la transition de phase (uniquement lors de la solidification). Il s’agit d’un cas particulier de la métastabilité
la surfusion est
l’état d’une matière qui demeure en phase liquide alors que sa température est plus basse que son point de solidification. On dit qu’il est à l’équilibre métastable.
qu’est ce qui fait sortir la matière d’un état d’équilibre métastable
au-dessus de la température de nucléation, une petite perturbation (ajout d’un germe de cristallisation, solide amorphe ou poussière) par agglutination des molécules (l’eau autour du germe de cristallisation) ou suite à une action mécanique (vibration du frigo) peut suffire pour déclencher abruptement le changement vers la phase solide, la température va brusquement augmenter jusqu’au point de solidification
Quand cesse la surfusion ?
la surfusion cesse à la température de nucléation (point de Schaefer) à laquelle le liquide se solidifie (se cristallise) même en l’absence de germe de cristallisation
transition du 2nd ordre
Dite de phase continue, elle n’implique pas de chaleur latente (ex: transition ferromagnétique, superfluide ou condensation de Bose-Einstein)
équilibre diphasé
systèmes qui vont contenir deux phases en équilibre qui correspondent au changement d’état où la température est constante, il n’y pas de variation (trait horizontal sur le diagramme de phase)
2 aspects de la vaporisation
-visible macroscopiquement; bulles
-disparition progressive du liquide. Cela témoigne que le liquide s’est totalement transformé en gaz et qu’il s’est dissipé dans l’atmosphère
à quoi sert l’énergie apportée par la chauffe d’un liquide
l’énergie apportée ne sert pas à élever la température mais sert à vaporiser le liquide à température constante
que se passe-t-il lors de la condensation liquide
le gaz va céder de l’énergie sous forme de travail au milieu afin de créer des forces d’interaction/cohésion, rapprochant les molécules, le condensant en liquide
que se passe-t-il lors de la vaporisation
l’énergie absorbée servira à vaincre et à abaisser les forces de cohésions entre les molécules (intermoléculaires) pour les séparer
enthalpie molaire de vaporisation
chaleur nécessaire pour vaporiser une mole de liquide à température constante. Elle sert à vaincre les forces de cohésions intermoléculaires (les diminuer) et augmenter l’agitation moléculaire (agitation thermique)
quelle est la relation entre l’enthalpie libre molaire de condensation liquide et l’enthalpie libre molaire de vaporisation
Elles ont la même valeur ΔvapHm=ΔcondHm
A quantité …………, l’état gazeux possède …………….. que l’état liquide donc l’…………………… associée aux ………………………….. intervient en plus de l’…………………….
égale, plus d’énergie, énergie potentielle, forces d’interactions, énergie cinétique
2 cas de vaporisation
-enceinte fermée (pression de vapeur saturante) à T constante ou variable
-enceinte ouverte (pression de vapeur partielle) à T constante ou variable
vaporisation à température constante
-le piston est accolé à la phase du liquide, il n’y a pas de gaz entre les deux.
-Si on exerce une force de traction suffisante pour décoller le piston, on va créer un vide entre liquide et piston
-des molécules du liquide se vaporisent et rejoignent l’espace “vide” puis des molécules retournent à la phase liquide. Ce vide se peuple de molécules de gaz
-on atteint un état d’équilibre avec une pression constante: la pression de vapeur saturante (les molécules se vaporisent lorsqu’il y a augmentation de la pression et se liquéfient lorsqu’il y a diminution de la pression)
-il y a plus de molécules qui se vaporisent donc une augmentation de la pression jusqu’à Psat
-plus Psaturante est forte plus le liquide est volatil (eau
pression de vapeur saturante
pression à laquelle la phase gazeuse d’une substance est en équilibre avec sa phase solide ou liquide. Elle dépend exclusivement de la température
vaporisation à température variable
-quand la température augmente, il y a plus de molécules de vapeur ( gaz)
-la pression de vapeur saturante augmente (plus d’état d’équilibre) jusqu’à un point critique où on ne distingue plus liquide et gaz
-la pression de vapeur saturante dépend donc de la variation de température (plus T augmente plus Psat augmente)
Relation de Clausius-Clapeyron
-permet de calculer la pression de vapeur saturante d’une espèce pure pour n’importe quelle température du moment que l’on connait la température de vaporisation
ln (Psat/P0sat)= (ΔvapHm/R) (1/Tvap-1/T)
-leliquidedoitêtreuncorpspur
Relation de Clausius-Clapeyron
-permet de calculer la pression de vapeur saturante d’une espèce pure pour n’importe quelle température du moment que l’on connait la température de vaporisation
ln (Psat/P0sat)= (ΔvapHm/R) (1/Tvap-1/T)
pression de vapeur partielle
pression à la surface du liquide mesurée à l’aide d’un système barométrique
vaporisation dans une enceinte ouverte à T constante
-on considère que le liquide est pur et va se trouver en équilibre avec l’atmosphère donc P et T constants. La pression totale mesurée sera toujours égale à la pression atmosphérique
-la vapeur diffuse dans l’espace au-dessus de l’erlenmeyer mais aussi dans toute la pièce: le volume peut être considéré comme infini, la pression partielle de l’air ambiant n’est donc pas modifiée par la pression apportée par la vaporisation du liquide au cours de l’expérience.
- Ppartielle liq< Psat= le liquide s’évapore totalement (la vitesse d’évaporation dépend de la pression saturante du liquide donc de sa volatilité
-Ptotale< Psat
A la surface Ptotale=Patm
-Egaz>Eliq —> 1er principe de la thermodynamique (conservation de l’énergie: dU= SQ + SW= constante
Vaporisation à température variable
-la T augmente jusqu’à Tvap —> Psat=Patm —> VAPORISATION
-Tvap et Psat sont constantes pendant la durée de vaporisation
-Tvap est la température maximale que peut atteindre un liquide sous une pression donnée
diagrammes de phases des corps purs
-abscisse et ordonnée sont distinctement pression et température
-permet de fixer les domaines d’existence: domaine 1 (solide), domaine 2 (liquide), domaine 3 (gazeux)
-transition de phase=courbes entre les différents domaines
point triple
les trois courbes de transition de phase se rejoignent en un point: c’est le point d’équilibre des 3 états/phases qui coexistent, il est caractéristique de chaque corps pur
point critique
au-delà du point critique il est impossible de différencier phase liquide et phase gazeuse, c’est un fluide supercritique (= fluide plus dense qu’un gaz, sans surface apparente pour différencier le liquide et le gaz)
la variance
-décrit le nombre de paramètres pouvant varier sans quitter le domaine d’existence de la matière (changer le nombre de phase en présence)
-pour les corps purs: 2 conditions, la température et la pression.
-calculer par la règle des phases de Gibbs v=n-phi+2
n le nombre de constituants, phi le nombre de phases en présence, 2 nombres de paramètres (intrinsèques) pouvant varier
-applicable uniquement s’il n’y a pas de réaction chimique
solution aqueuse
soluté pur non volatil dilué dans son solvant volatil
Après vaporisation de la solution aqueuse
gaz= corps pur:solvant
Pvap du solide est négligeable face à celle du solvant
Après solidification de la solution aqueuse
solide = corps pur: solvant (soluté quasi pur car il peut rester quelques molécules de solvant)
cas d’une solution aqueuse
- courbes de sublimation/condensation sont superposées
-courbes de fusion/solification et vaporisation/condensation liquide sont décalées car il y a la présence de soluté
-diminution de la température de fusion et augmentation de la pression de vaporisation dues à l’ajout du soluté
pression de vapeur d’une solution aqueuse à température constante
-loi de Raoult : à Tdonnée Psat (solvant) > Pvap (solution)
Pvap (solution) = x (solution)* Psat (solvant) avec x= nsolution/ntotal
-applicable uniquement aux solutions idéales où le soluté n’est pas dissocié en ions, solutions réelles qui sont très diluées et ont un soluté non dissocié.
température de vaporisation d’une solution aqueuse
-Deuxième énoncé de la loi de Raoult: ΔTvap= Keb*m avec Keb la constante ébullioscopique (K.kg.mol-1) qui dépend uniquement de la nature du solvant et m la molalité en mol.kg-1
-Tval (solvant)
lyophilisation
-adaptée aux substance fragiles comme les médicaments dont les effets sont altérés quand on les chauffe
-but: débarrasser des molécules d’eau qui diluent le composé actif
Etapes de la lyophilisation d’échantillons aqueux
-congeler en maintenant une pression constante
-pour évaporer l’eau, il faut diminuer la pression du solide. On atteint la pression de vaporisation saturante de l’eau avant d’atteindre celles des molécules thérapeutiques (la plupart du temps Psat de l’eau> Pvap composé actif
-il s’agit d’une dessiccation du médicament
