I Les différents états de l eau II Deux modes de vaporisation de l eau, III Echanges d énergie et changements d états

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1 I Les différents états de l eau II Deux modes de vaporisation de l eau, III Echanges d énergie et changements d états

2 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.

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

4 Les paliers de changement d états de l eau (TP) : 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. A une pression donnée, le changement d état d un corps pur s effectue à température constante. Cette température dépend de la pression.

5 Un diagramme d état (P,T) permet de déterminer la phase dans laquelle se trouve l eau à une pression et une température donnée. c- Les domaines des états de l eau. Quels sont les noms des courbes ci-dessous? Courbe de fusion Courbe de vaporisation Courbe de sublimation

6 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.

7 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 T eb = 100 C pour l eau.

8 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.

9 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.

10 Hygrométrie de l air : L hygrométrie caractérise l humidité de l air. Le degré hygrométrique, H R est défini par : H R = 100 x P vap P vs H R : degré hygrométrique en pourcentage. P vap : Pression partielle de la vapeur d eau dans l air en Pa. P VS : Pression de vapeur saturante en Pa (dépend de T)

11 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 : Q = m.c ( f - i ) J 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 ).

12 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 : J m : masse du corps en Kg. Q = m.l 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.

13 Quelques chaleurs latentes : Corps Températures de fusion ( C) Glace Argent Plomb Mercure Fer L (KJ.Kg -1 ) Remarque : L fus = - L sol

14 Quelques chaleurs latentes : Corps Températures de vaporisations ( C) Eau Ethanol Dioxygène Dihydrogène Diazote L (KJ.Kg -1 ) Remarque : L vap = - L liq

15 c- Interprétation. Pourquoi la chaleur latente de vaporisation de l eau estelle 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.

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

17 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.

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