L'état liquide Flashcards
Quels sont les deux phénomènes caractéristiques des liquides?
- Les liquides sont quasiment incompressibles
- Le phénomène de diffusion
Que prouve le phénomène de la diffusion des liquides?
Que les molécules d’un liquides sont en mouvement
Vrai ou faux : Les molécules de liquide peuvent parcourir de grandes distances.
Faux : Ne peuvent pas parcourir de grandes distances
Vrai ou Faux : Les molécules de liquide peuvent prendre la place les unes des autres.
Vrai : Les molécules de liquides oscillent et donc peuvent prendre la place les unes des autres
Quelles sont les quatre caractéristiques d’un liquide?
- Pas de forme propre
- Pratiquement incompressible
- État condensé
- Structure désordonnée
Comment se comporte la surface d’un liquide au repos?
La surface du liquide au repos est TOUJOURS plane et horizontale
Vrai ou Faux : La forme liquide existe seule.
Faux : La forme liquide n’existe JAMAIS seule (Ex. Évaporation de l’eau à l’air libre sans élévation de température)
Vrai ou Faux : L’évaporation d’un liquide se fait à la surface uniquement
Vrai
La rapidité d’évaporation est fonction de quatre principaux facteurs, lesquels?
- La volatilité propre du liquide
- L’agitation de l’air, qui empêche le retour de la vapeur
- La surface du liquide : plus la surface est grande, plus grand est le nombre de molécules qui peuvent s’échapper
- La présence d’une source de chaleur
Tant qu’il y a du … au-dessus du liquide, il est toujours occupé par une quantité plus ou moins importante de … correspondant.
- vide
2. gaz
En présence d’un liquide et de son gaz, le liquide et les particule de gaz sont en …
Équilibre stationnaire
Quelles observations peut-on faire lors de la vaporisation/ébullition d’un liquide (2)?
- Formation de bulles
- Disparition du liquide
Quelles observations peut-on faire lors de la liquéfaction/condensation d’un gaz (2)?
- Formation de buée
- Apparition du liquide
Quel est l’aspect macroscopique visible et l’aspect microscopique invisible sauf en observation suffisamment longtemps de l’évaporation d’un liquide?
- La formation de bulles qui montent à la surface
2. La disparition progressive du liquide
Décrire le graphique de l’ébullition (de la température en fonction du temps) et donner ses deux phénomènes principaux.
- Phase liquide jusqu’à la Téb (pente : ↗︎)
- Phase liquide + gaz à Téb (pente : →)
- Phase gazeuse À T>Téb (pente : ↗︎)
Phénomènes :
- Augmentation de Ec (Énergie cinétique des particules)
- Diminution des forces de cohésion
Décrire le graphique de la condensation (de la température en fonction du temps) et donner ses deux phénomènes principaux.
- Phase gazeuse jusqu’à Téb (pente : ↙︎)
- Phase liquide + gazeuse à Téb (pente : ←)
- Phase liquide à T
Phénomènes :
- Diminution de Ec (Énergie cinétique des particules)
- Augmentation des forces de cohésion
Comment change la température d’ébullition en fonction de la pression?
Si pression ↑, Téb ↑
Si pression ↓, Téb ↓
Quel sont les étapes de fonctionnement d’un réfrigérateur? Les décrire.
- Compresseur : Fluide (gaz et froid) comprimé en gaz chaud à haute pression
- Condensateur : Gaz refroidit qui se transforme en liquide
- Détendeur : Pression et température du fluide diminuent, obtention d’un mélange gaz-liquide froid
- Évaporateur : Évaporation du fluide en état gazeux et froid à basse pression
Lorsqu’on crée un vide au-dessus d’un liquide, comment peut-on décrire le nombre de particule qui quittent le liquide et qui y retourne?
- Au début, plus de particule sortent du liquide qu’il n’en retourne dans le liquide
- À l’équilibre, le nombre de molécules quittant de liquide et y retournant sont quasiment les mêmes
Lors de l’équilibre entre le nombre de molécules quittant le liquide et y retournant, la pression prend une valeur stable qu’on appelle …
Pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur saturante)
Donner la définition de la pression/tension de vapeur saturante.
C’est la pression à laquelle la phase gazeuse d’un substance et en équilibre avec sa phase liquide à une température donnée dans un système fermé
À quoi est étroitement liée la pression/tension de vapeur saturante?
À la tendance des molécules à passer de l’état liquide (ou solide) à l’état gazeux
Une substance possédant une pression/tension de vapeur élevée (vis-à-vis de la pression atmosphérique) à température ambiante est dite …
Volatile
Quelle relation mathématique lie la pression/tension de vapeur saturante à la température? Quelle est son équation?
La relation de Clausius-Clayperon
ln(P₁/P₂) = ∆Hvap/R * (1/T₂-1/T₁) P₁ = Pression de vapeur à T₁ (K) P₂ = Pression de vapeur à T₂ (K) ∆Hvap = Enthalpie molaire de vaporisation (J/mol) R = Constante des gaz parfaits (8,314 J/mol*K)
À Téb normale et P₂ = 1 atm , l’équation devient :
lnP = ∆Hvap/R * (1/Téb-1/T)
P = Pression de vapeur à T quelconque (atm)
Comment varie la pression/tension de vapeur saturante d’une substance en fonction de la température?
La pression/tension de vapeur saturante d’une substance augmente de façon non-linéaire avec la température?
Donner la définition de l’enthalpie molaire de vaporisation (∆Hvap ou Lᵥ).
L’enthalpie de vaporisation d’un composé chimique est la différence d’enthalpie mise en jeu lors de la vaporisation d’une mole de ce composé
Décrire le graphique de la variation de la pression de vapeur saturante en fonction de la température de 3 composés volatiles. (Voir diapo 19)
- La courbe la plus exponentielle décrit le composé le plus volatil
- La courbe la moins exponentielle décrit le composé qui possède les forces intermoléculaires les plus importantes au sein de la molécule
- La courbe la moins exponentielle décrit le composé ayant la plus ↑Téb
Quelles sont les trois conséquences de l’expérience visant à déplacer un équilibre stationnaire (gaz-liquide) : Augmenter le volume disponible pour le gaz?
Conséquence 1 : La pression gazeuse diminue, la fréquence des chocs sur la surface du liquide aussi.
Conséquence 2 : Il y a plus de départ que de retour de molécule dans le liquide.
Conséquence 3 : Un peu de liquide va donc se vaporiser, jusqu’à ce que la pression soit rétablie à sa valeur antérieure
Quelle est le résultat final de l’expérience visant à déplacer un équilibre stationnaire (gaz-liquide) : Augmenter le volume disponible pour le gaz?
Le système final comportera moins de liquide et un peu plus de gaz
Quelle est la conséquence de l’expérience visant à déplacer un équilibre stationnaire (gaz-liquide) : Augmenter suffisamment le volume pour faire totalement disparaître le liquide?
La pression resterait constante aussi longtemps que du liquide serait encore présent
Quel est le résultat final de l’expérience visant à déplacer un équilibre stationnaire (gaz-liquide) : Augmenter suffisamment le volume pour faire totalement disparaître le liquide?
Une fois que le volume est suffisamment grand, tout le liquide s’est transformé en gaz. La pression du gaz, désormais seule, diminuerait conformément à la loi de Boyle-Mariotte (P=1/V)
Vrai ou Faux : Un équilibre stationnaire réagit «avec» les modifications imposées.
Faux : Réagit «contre» les modifications imposées.
Comment s’applique le principe de Le Chatelier dans le cas de l’équilibre stationnaire?
La quantité totale de matière dans le cylindre este évidemment constante, mais la proportion du liquide et de gaz se modifie elle-même et s’ajuste en fonction du volume offert au gaz.
Qu’est-ce que la loi de la contrariété (ou loi de modération)?
Le système réagit spontanément de façon à contrarier les modifications imposés :
- Si on diminue le volume, tendant à faire augmenter la pression, une partie du gaz se condense et la pression en définitive n’augmente pas.
- Si on augmente le volume pensant diminuer la pression, du liquide se vaporise et la pression ne diminue pas.
Que se passe-t-il si un liquide se trouve à l’air libre? Vers quel état final évolue le système?
- La pression atmosphérique reste inchangée si on considère la t° constante.
- La vapeur se dissipe dans l’atmosphère
- Les pressions partielles mise en jeu (Pair et Pvap) : Pair+Pvap =1atm
- Le nombre de molécules qui s’évaporent et qui partent sont beaucoup plus importante que celles qui reviennent
- Les molécules les plus agitées partent en premier, par conséquent, le liquide s’évapore
Pourquoi souffre-t-on davantage de la chaleur si l’air est humide?
La régulation de la température du corps par temps chaud fait appel, entre autres, à la vaporisation de la sueur sur la peau. Si l’air est humide, cette vaporisation est plus lente ; elle peut même ne pas se produire si la vapeur d’eau de l’air est saturante
En quoi consiste la tension superficielle (γ)?
La tension superficielle est une force qui existe au niveau de toute interface entre deux milieux (un liquide et un solide ou un liquide et un gaz), elle permet la diminution la plus possible de la surface et l’opposition à toute déformation qui tenterait de l’augmenter.
Pourquoi une goutte qui ne «mouille» pas une surface prend la forme sphérique?
Le liquide cherche à diminuer le plus possible sa surface et s’oppose à toute déformation qui tendrait à l’augmenter.
Qu’est-ce qui permet ou ne permet pas à un liquide de «mouiller» une surface?
Ce sont les forces d’attraction internes qui dictent la forme que prendra une goutte:
- Si le liquide ne peut pas faire d’interactions moléculaires avec la surface avec laquelle il est en contact, il aura tendance à former une goutte sphérique à la surface. (Ex. De l’eau sur du plastique)
- Si le liquide peut faire de fortes interactions moléculaires avec la surface, le liquide augmentera sa surface interfaciale avec le matériau et la goutte sera davantage aplatie et elle mouillera la surface. (Ex. de l’eau sur du verre)
Quels synonymes peut-on donner à la tension superficielle?
- Tension de surface
- Énergie d’interface
- Énergie de surface
- Tension interfaciale
Quelle est l’unité de mesure de la tension superficielle (γ)?
- Newton par mètre (N/m)
- Joule par mètre carré (J/m²)
Pour quel processus la tension superficielle est-elle très importante?
Notamment dans les processus industriels : Plus elle est élevée, plus l’adhésion d’une substance (colle, encre) appliqué sur le matériau sera bonne
Que fait le liquide vaisselle lorsqu’on en verse dans de l’eau où un objet est porté à la surface?
Le liquide vaisselle détruit la tension superficielle de l’eau, c’est pourquoi elle perd sa capacité de portage et l’objet sombre.
Quel phénomène s’explique grâce à l’effet de la tension superficielle?
La capillarité
Quel est le lien entre la tension superficielle et la capillarité?
La tension superficielle est en relation avec la capillarité et les forces capillaires. Ce sont les forces qui font qu’un liquide monte, spontanément, dans un tube fin ou une surface.
En quoi consiste la capillarité?
Le phénomène de capillarité est un phénomène d’interaction qui se fait à la surface d’un liquide au contact d’une paroi solide, autrement dit, c’est la tendance d’un liquide à remonter vers le sommet d’un tube fin. Le liquide s’élève au-dessus du niveau de l’eau ou descend en-dessous du niveau en fonction des caractéristiques du liquide. Tout ceci se déroule toujours dans des conditions atmosphériques normales.
Sur quelle loi repose la capillarité?
La loi de Jurin
Que permet la loi de Jurin?
Permet de calculer la hauteur (h) à laquelle monte le liquide dans le tube capillaire.
Comment se comporte un liquide «mouillant» et un liquide «non mouillant» dans un tube capillaire?
- Un liquide qui monte (ascension) dans un tube capillaire est un liquide mouillant (Ex. Eau)
- Un liquide qui descend (dépression) dans un tube capillaire est un liquide non mouillant (Ex. Mercure)
Comment se comporte la surface libre d’un liquide dans un tube capillaire?
Contrairement à la relation fondamentale de l’hydrostatique, la surface libre d’un liquide n’est pas plane, mais forme un ménisque dans les tubes étroits.
Quelles formes peuvent prendre le ménisque d’un liquide dans un tube capillaire?
- Un liquide «mouillant» qui monte dans un tube capillaire aura un ménisque de forme concave (∪)
- Un liquide «non mouillant» qui descend dans un tube capillaire aura un ménisque de forme convexe (∧)
Comment détermine-t-on la mouillabilité?
En mesurant l’angle de contact (angle θ formé entre l’interface liquide-aire et l’interface liquide-solide)
Quelles sont les mouillabilités possibles?
- Parfaitement mouillant : θ = 0° (liquide mouillant pour un solide donné Cos θ est positif)
- Partiellement mouillant : 0° < θ < 90° (liquide mouillant pour un solide donnée Cos θ est positif)
- Partiellement non mouillant : 90° < θ < 180° (liquide non mouillant pour un solide donné Cos θ est négatif)
- Parfaitement non mouillant : θ = 180° (liquide non mouillant pour un solide donné Cos θ est négatif)
Donner l’équation de la loi de Jurin.
h = 2γcosθ / Rρg
h = hauteur du liquide en mètre (m) R = Rayon intérieur du tube en mm ρ = masse volumique du liquide en g/cm³ g = accélération de la pesanteur constante d'environ 9,81m/s² γ = tension superficielle du liquide en N/m θ = angle de raccordement liquide/solide en °
Pour quelle valeur de l’angle de contact liquide/solide l’ascension ou dépression capillaire est nulle? Donne run exemple.
Pour la valeur θ = 90
Ex. Eau-acier
En quoi consiste la loi de Raoul?
Représente la fraction molaire d’un liquide dans un mélange.
𝑥A = nA/(nA+nB)
Vrai ou Faux : La vitesse de vaporisation d’un constituant dans un mélange est proportionnel à sa fraction molaire.
Vrai
Quelle équation permet de calculer la vitesse de vaporisation d’un liquide?
Vvap(A) = k₁𝑥A
où : k₁ = constante de vitesse
Vrai ou Faux : La vitesse de vaporisation d’un constituant dans un mélange est inversement proportionnel à sa pression partielle dans le mélange.
Faux : Est proportionnelle à sa pression partielle dans le mélange
Quelle est l’équation du calcul de la pression de vapeur saturante d’un composant dans un mélange?
Pa (sat) = Pa (pur) * 𝑥A
Pa (sat) = Pression de vapeur saturante de A dans le mélange
Pa (pur) = Pression de vapeur saturante à l’état pur
Qu’est-ce que la viscosité?
La viscosité peut être définie comme l’ensemble des phénomènes de résistance à l’écoulement se produisant dans la masse d’une matière, pour un écoulement uniforme et sans turbulence
Qu’est-ce que la viscosité dynamique?
La viscosité dynamique correspond à la réalité physique du comportement d’un fluide soumis à une sollicitation … Elle caractérise la résistance à l’écoulement d’un fluide incompressible.
Vrai ou Faux : Considérant deux couches de fluides adjacentes distantes de ∆z, La force de frottement (F) qui s’exerce à la surface de ces deux couches (s’opposant au glissement d’une couche sur l’autre) est proportionnelle à la différence de vitesse des couches (∆v).
Vrai
Vrai ou Faux : Considérant deux couches de fluides adjacentes distantes de ∆z, La force de frottement (F) qui s’exerce à la surface de ces deux couches (s’opposant au glissement d’une couche sur l’autre) est inversement proportionnelle à leur surface (S).
Faux : Proportionnelle
Vrai ou Faux : Considérant deux couches de fluides adjacentes distantes de ∆z, La force de frottement (F) qui s’exerce à la surface de ces deux couches (s’opposant au glissement d’une couche sur l’autre) est proportionnelle à leur distance (∆z).
Faux : Inversement proportionnelle
Quelle est l’équation permettant de calculer la force de frottement qui s’exerce à la surface de deux couches de fluides adjacentes?
F = μ * S * (ΔV/Δz)
F = Force de glissement entre les couches (N) μ = Viscosité dynamique (kg/m*s ou Pa*s) S = Surface de contact entre deux ouches (m²) ΔV = Écart de vitesse entre deux couches (m/s) Δz = distance entre deux couches (m)
Qu’est-ce que la viscosité cinématique?
La viscosité cinématique caractérise le temps de l’écoulement d’un liquide (fluide). C’est le quotient de la viscosité dynamique par la masse volumique du fluide. Elle représente la capacité de rétention des particules du fluide et quantifie sa capacité à s’épancher
Quelle est l’équation de la viscosité cinématique?
𝝂 = μ/ρ
𝝂 = viscosité cinématique (m²/s ou en Stokes) (1St = 10⁻⁴ m²/s) μ = viscosité dynamique (kg/m*s) ρ = Masse volumique (kg/m³)
De quoi dépend la viscosité cinématique? (2)
- Lorsque la température augmente, la viscosité d’un fluide décroît car sa densité diminue
- Elle dépend de la grosseur des molécules et traduit la difficulté des molécules à se déplacer, à glisser les unes aux autres.
En quoi consiste l’équilibre liquide-solide?
Par refroidissement, un liquide se solidifie. Inversement, le chauffage du solide ainsi formé provoque sa transformation en liquide, par fusion. Il peut donc s’établir entre le liquide et le solide un équilibre de même nature que celui qui existe entre le liquide et le gaz.
Comment varie le point d’ébullition d’un liquide lorsqu’il est en équilibre avec son solide? Donner également sa définition.
Le point d’ébullition d’un liquide est la température à laquelle la pression de vapeur du liquide est égale à la pression externe. Puisque la présence d’un soluté non volatil abaisse la pression de vapeur du solvant (Loi de Raoult), le point d’ébullition de la solution est plus élevé par rapport au solvant pur.
Expérimentalement, l’augmentation du point d’ébullition est proportionnelle à la concentration du soluté
Quelles sont les équations du calcul de l’écart de point d’ébullition (∆Téb) d’une solution par rapport au solvant pur?
- ∆Téb = Kéb * [Molalité] ou Kéb = ∆Téb / [Molalité]
Kéb = Constante ébullioscopique qui dépend de la nature du solvant (K*kg/mol)
∆Téb = Variation de température d’ébullition (Tf-T₀)
[Molalité] = Nb de moles de soluté / kg de solvant - Kéb = RTéb²Mw / ∆Hvap
Mw = Masse moléculaire du solvant (kg/mol
Comment varie le point de fusion d’un liquide lorsqu’il est en équilibre avec son solide? Donner également sa définition.
Le point de congélation/fusion d’une solution diluée est abaissé par rapport à celui du solvant pur
Expérimentalement, l’abaissement du point de fusion ∆Tfus est proportionnelle à la concentration du soluté
Quelles sont les équations du calcul de l’écart de point de fusion (∆Tfus) d’une solution par rapport au solvant pur?
- ∆Tfus = Kfus * [Molalité] ou Kfus = ∆Tfus / [Molalité]
Kfus = Constante cryoscopique qui dépend de la nature du solvant (K*kg/mol)
∆Tfus = Variation de température de fusion (Tf (Tfus solution)-T₀ (Tfus solvant pur)) - Kfus = RTfus²Mw / ∆Hfus
Vrai ou Faux : Lorsque la température augmente, la viscosité augmente également.
Faux : La viscosité diminue
Vrai ou Faux : Le mercure monte dans un tube capillaire, il forme alors un ménisque convexe.
Faux : Le mercure descend dans un tube capillaire, il forme alors un ménisque convexe.
Vrai ou Faux : La présence d’un soluté non volatil diminue la pression de vapeur du solvant.
Vrai
