Chapitre 3

Question 1

Transition de phase

Answer 1

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.

Question 2

passage de gazeux à liquide

Answer 2

condensation liquide

Question 3

passage de liquide à solide

Answer 3

solidification

Question 4

passage de solide à gazeux

Answer 4

sublimation

Question 5

passage de gaz à solide

Answer 5

condensation solide

Question 6

passage de solide à liquide

Answer 6

fusion

Question 7

passage de liquide à gazeux

Answer 7

vaporisation (ébullition)

Question 8

transition du 1er ordre (système hétérogène)

Answer 8

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.

Question 9

transition du 1er ordre

Answer 9

dures à étudier, dynamique violente et non contrôlable, caractérisées par une discontinuité des propriétés

Question 10

changement d’état des corps purs

Answer 10

à pression constante, un changement d’état des corps purs se fait à température constant

Question 11

A ……………………., en abaissant la température, on a un ………………………… jusqu’à la température correspondant au changement d’état. Pendant le changement d’état, T …………………….

Answer 11

pression constante/ refroidissement de la phase liquide/ ne varie pas

Question 12

phénomène de surfusion

Answer 12

retard à la transition de phase (uniquement lors de la solidification). Il s’agit d’un cas particulier de la métastabilité

Question 13

la surfusion est

Answer 13

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.

Question 14

qu’est ce qui fait sortir la matière d’un état d’équilibre métastable

Answer 14

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

Question 15

Quand cesse la surfusion ?

Answer 15

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

Question 16

transition du 2nd ordre

Answer 16

Dite de phase continue, elle n’implique pas de chaleur latente (ex: transition ferromagnétique, superfluide ou condensation de Bose-Einstein)

Question 17

équilibre diphasé

Answer 17

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)

Question 18

2 aspects de la vaporisation

Answer 18

-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

Question 19

à quoi sert l’énergie apportée par la chauffe d’un liquide

Answer 19

l’énergie apportée ne sert pas à élever la température mais sert à vaporiser le liquide à température constante

Question 20

que se passe-t-il lors de la condensation liquide

Answer 20

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

Question 21

que se passe-t-il lors de la vaporisation

Answer 21

l’énergie absorbée servira à vaincre et à abaisser les forces de cohésions entre les molécules (intermoléculaires) pour les séparer

Question 22

enthalpie molaire de vaporisation

Answer 22

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)

Question 23

quelle est la relation entre l’enthalpie libre molaire de condensation liquide et l’enthalpie libre molaire de vaporisation

Answer 23

Elles ont la même valeur ΔvapHm=ΔcondHm

Question 24

A quantité …………, l’état gazeux possède …………….. que l’état liquide donc l’…………………… associée aux ………………………….. intervient en plus de l’…………………….

Answer 24

égale, plus d’énergie, énergie potentielle, forces d’interactions, énergie cinétique

Question 25

2 cas de vaporisation

Answer 25

-enceinte fermée (pression de vapeur saturante) à T constante ou variable
-enceinte ouverte (pression de vapeur partielle) à T constante ou variable

Question 26

vaporisation à température constante

Answer 26

-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

Question 27

pression de vapeur saturante

Answer 27

pression à laquelle la phase gazeuse d’une substance est en équilibre avec sa phase solide ou liquide. Elle dépend exclusivement de la température

Question 28

vaporisation à température variable

Answer 28

-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)

Question 29

Relation de Clausius-Clapeyron

Answer 29

-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

Question 29

Relation de Clausius-Clapeyron

Answer 29

-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)

Question 30

pression de vapeur partielle

Answer 30

pression à la surface du liquide mesurée à l’aide d’un système barométrique

Question 31

vaporisation dans une enceinte ouverte à T constante

Answer 31

-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

Question 32

Vaporisation à température variable

Answer 32

-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

Question 33

diagrammes de phases des corps purs

Answer 33

-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

Question 34

point triple

Answer 34

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

Question 35

point critique

Answer 35

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)

Question 36

la variance

Answer 36

-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

Question 37

solution aqueuse

Answer 37

soluté pur non volatil dilué dans son solvant volatil

Question 38

Après vaporisation de la solution aqueuse

Answer 38

gaz= corps pur:solvant
Pvap du solide est négligeable face à celle du solvant

Question 39

Après solidification de la solution aqueuse

Answer 39

solide = corps pur: solvant (soluté quasi pur car il peut rester quelques molécules de solvant)

Question 40

cas d’une solution aqueuse

Answer 40

• 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

Question 41

pression de vapeur d’une solution aqueuse à température constante

Answer 41

-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.

Question 42

température de vaporisation d’une solution aqueuse

Answer 42

-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)

Question 43

lyophilisation

Answer 43

-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

Question 44

Etapes de la lyophilisation d’échantillons aqueux

Answer 44

-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