Qu’est ce que : Définition du diagramme de phase

Le diagramme de phase est la représentation visuelle de la dépendance en température et en pression d’une substance pure dans un système fermé. Elle explique les changements dans les états d’agrégation de la matière en fonction de la pression et de la température auxquelles la substance est soumise. Candela Rocío Barbisan | Déc. 2021Ingénieur chimisteTout d’abord, il convient de comprendre ce que nous entendons par changement de l’état d’agrégation. Plus précisément, il s’agit de changements d’état ou de phase. Lorsqu’une substance est simple, comme les fluides moléculaires, vous avez des points de fusion et d’ébullition bien définis. Alors que, lorsque les masses molaires augmentent, ces températures deviennent des plages, ou plutôt des intervalles, entre lesquels se produit le changement de phase.
Même dans de nombreux cas, certaines températures de changement de phase ne sont pas atteintes, car les substances se décomposent au préalable. Nous définissons les changements de phase suivants comme étant situés dans les diagrammes :
– Évaporation : du liquide au gaz. Condensation : du gaz au liquide. Sublimation : du solide au gaz. Sublimation inverse : du gaz au solide. Solidification : du liquide au solide Fusion : du solide au liquide.
En général, il s’agit de processus thermiques, qui nécessitent l’absorption ou la fourniture d’énergie pour se produire. Ainsi, lorsque de l’énergie est ajoutée ou retirée, nous nous déplaçons le long du diagramme de phase pour voir dans quel état d’agrégation se trouve la substance.
Comme nous le savons, chaque substance est unique, et chaque substance aura donc son propre diagramme de phase sans ambiguïté. C’est pourquoi, dans chaque diagramme, un point triple sera présenté, où seront indiquées la pression et la température auxquelles les trois phases (solide, liquide et gaz) coexistent en équilibre. De même, on présente un point critique, l’extrémité supérieure de la courbe de la vapeur ou du gaz, ce point indique qu’à des températures plus élevées, on ne peut pas passer à l’état liquide sans continuer à augmenter la pression du gaz. En général, les diagrammes de phase sont représentés de la manière suivante :
Ici, un diagramme est présenté, où la pression est située sur l’axe des ordonnées et la température sur l’axe des abscisses. En général, les zones peuvent également être colorées pour une meilleure visualisation. Sur la partie gauche du graphique, la matière est à l’état solide et, lorsque la température augmente (c’est-à-dire lorsque l’énergie fournie au système augmente), on observe un changement de phase vers le liquide, puis du liquide vers la vapeur. Tant qu’on passe au-dessus du point triple. En dessous du point triple, le changement de phase se fait directement du solide à la vapeur ou vice versa, selon que l’énergie est apportée ou retirée.
Chacune des courbes représentées sont les courbes d’équilibre. Par exemple, la courbe allant du point triple au point critique est la courbe d’équilibre vapeur-liquide, tandis que la courbe à gauche est la courbe d’équilibre solide-liquide. En dessous, c’est l’équilibre solide-vapeur, car à basse température et à basse pression, la pression de vapeur du solide est représentée. Chacune de ces courbes d’équilibre représente les changements de phase qui ont été nommés ci-dessus.
Le diagramme de phase représenté est spécifiquement celui de l’eau, en notant que, à une pression de 1 atm, le point d’ébullition est de 100ºC (point d’ébullition normal) et la température de fusion est de 0ºC (point de fusion normal). Le point critique est observé avec une température critique de 374ºC et une pression critique de 218 atm tandis que le point triple, où les trois équilibres coexistent, est de 0,00603 atm et 0,01ºC.
De plus, nous pouvons observer que, si nous augmentons la pression, le point de fusion diminue alors que la température d’ébullition augmente, ceci est dû aux pentes de chacune des courbes d’équilibre.
Comme mentionné précédemment, chaque substance a son propre diagramme de phase, par conséquent, la tendance susmentionnée peut ne pas être reproduite dans toutes les études de cas car les pentes des courbes d’équilibre varient.