Changements d'états et enthalpies Tle STI2d et STL

Changement d’état de la matière Chapitre 3

ex 13 p52

Les differents états de l’eau Quels sont les différents états physique 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.

Les changements d’états Quels sont les noms des différents changements d’états?

Les changements d’états Quels sont les noms des différents changements d’états?

Deux modes de vaporisation de l’eau

•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 Teb = 100 °C pour l’eau.

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).

 Certaines molécules d’eau quittent la phase liquide, c’est

l’évaporation, d’autres y retournent, c’est la condensation.

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.

On observe la fusion de l’azobenzène.

On mesure ainsi la température de fusion.

Tfusion = 68 °C

Echanges d’énergie et changements d’états.

Transfert d’énergie L’énergie transférée entre 2 objets de température différentes amène une variation de l’énergie interne du système.

Chaleur latente de changement d’état.

Lors d’un changement d’état un corps échange de la chaleur avec l’extérieur :  Absorbe de la chaleur lors des fusions et vaporisations (Q>0)  Libère de la chaleur lors des condensations et solidifications (Q<0).

Chaleur latente de changement d’état.

H

Définition : L ou Hchangement d’état est l’énergie qu’il échange avec le milieu extérieur pour le changement d’état de son unité de masse, à température constante.

Quelques chaleurs latentes :

Corps

Températures de fusion (°C)

L (KJ.Kg-1)

Glace Argent Plomb Mercure Fer

0 2212 327 -38.9 1536

335 105 25 11.5 274

Remarque : Lfus = - Lsol

Quelques chaleurs latentes :

Corps

Températures de vaporisations (°C)

L (KJ.Kg-1)

Eau Ethanol Dioxygène Dihydrogène Diazote

100 78 -183 -253 -196

2261 906 212.5 450 200

Remarque : Lvap = - Lliq

On sait que , que H vaporisation = 855 et n = 2,0 mol On cherche H = Q pour passer de l’état liquide à gazeux.

Comment passer de n à la masse m? n= m=n.M

On sait que H vaporisation = 855 et n = 2,0 mol On cherche H = Q pour passer de l’état liquide à gazeux.

Comment passer de n à la masse m? n= m=n.M On cherche H = Q H = Q = m . H vaporisation H = Q = n . M . H vaporisation H = Q = 2,0 . 46 . 855 H = Q = 7,9

 Les paliers de changement d’états:

 Les paliers de changement d’états de l’eau :

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.

Diagramme d’état de l’eau.

Diagramme d’état de l’eau.

Quels sont les noms des courbes ci-dessous?

Courbe de fusion Courbe de vaporisation

Courbe de sublimation

Un diagramme d’état (P,T) permet de déterminer la phase dans laquelle se trouve l’eau à une pression et une température

 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.

Hygrométrie de l’air :  L’hygrométrie caractérise l’humidité de l’air.  Le degré hygrométrique, HR est défini par :

Interprétation microscopique Pourquoi la chaleur latente de vaporisation de l’eau estelle plus élevée que celle des autres corps purs?

Corps

Températures de vaporisations (°C)

L (KJ.Kg-1)

Eau Ethanol Dioxygène Dihydrogène Diazote

100 78 -183 -253 -196

2261 906 212.5 450 200

Remarque : Lvap = - Lliq

Interprétation.  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.

 La polarité résulte des électrons de valence (impliqué

dans une liaison) d’un atome qui sont attirés vers l’atome le plus électronégatif.

 Des liaisons s’établissent entre les pôles positifs et

négatifs des molécules voisines, ce sont des liaisons intermoléculaires : les liaisons hydrogènes.

 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.  DONC La chaleur latente de vaporisation ou de fusion est plus grande lorsque les molécules sont polaires.

Deux étapes: 1) Augmentation de T 2) Changement d’état On sait que C fer = On cherche Q1 pour passer de 20°c à On sait que H fusion = On cherche H = Q2 pour passer de l’état solide à l’état liquide.

Deux étapes: 1) Augmentation de T 2) Changement d’état On sait que C fer = On cherche Q1 pour passer de 20°c à

Q1 = m . C fer . T Q1 = . . (1535 – 20) J

On sait que H fusion = On cherche H = Q2 pour passer de l’état solide à l’état liquide. H = Q2 = m . H fusion . J

Deux étapes: 1) Augmentation de T 2) Changement d’état Q = Q1 + H Q = m . C fer . T + m . H fusion Q = . . (1535 – 20) + .

Calcul de puissance à partir d’une énergie et une durée.

P= P= P= =

Rappels: Combustions Quelles sont les matières en présence lors d’un barbecue?

Comburant: Dioxygène (dans l’air 21%)

Combustible: charbon

Energie d’activation: chaleur, flamme

Que s’est il formé à l’issu de la combustion?

Qu’est ce qui a disparu ou diminué?

Dioxyde de carbone

charbon dioxygène

Bilan

Une combustion est une transformation chimique au cours de laquelle des rĂŠactifs disparaissent et des produits apparaissent.

Ainsi la combustion du carbone est une transformation chimique dont le bilan s'ĂŠcrit:

Une combustion produira toujours du dioxyde de carbone.

Equation de combustion du méthane

Pourquoi cette équation n’est pas bonne?

Lors d’une transformation chimique rien ne se crée tout se transforme.

Les atomes sont conservés. Il doit y avoir les mêmes atomes (même nombre) entre les réactifs et les produits.

Rappels: Quantités de matière MASSE MOLAIRE MOLÉCULAIRE La masse molaire moléculaire est la masse d’une mole de molécules de cet élément.

Notée M, elle s’exprime habituellement en g.mol-1.

Application : Calculer la masse molaire de lâ&#x20AC;&#x2122;eau, avec: = 1,0 g.mol-1 = 16 g.mol-1 =+ AN: = 2.1,0 + 16 = 18,0 g.mol-1

Application : Calculer la masse molaire du sel de table NaCl, avec: = 23,0 g.mol-1 = 35.5 g.mol-1. =+ AN: = 23,0 + 35,5 = 58,5 g.mol-1

QUANTITÉ DE MATIÈRE ET MASSE Quelle relation permet de relier quantité de matière et masse avec les grandeurs suivantes?  n, la quantité de matière d’un échantillon (en mol)  m, la masse (en g)  M, la masse molaire en (g.mol-1)

n=

Application :  Calculer la quantité de matière dans 100g d’eau Soit n, la quantité de matière d’eau (en mol) Soit m, la masse d’eau (en g) Soit M, la masse molaire d’eau en (g.mol-1) n= AN : n = = 5,56 mol  Calculer la quantité de matière de 100g de sel de table NaCl(s) Soit n, la quantité de matière de sel (en mol) Soit m, la masse de sel (en g) Soit M, la masse molaire de sel en (g.mol-1) n= = 18,0 g.mol-1 AN : n = = 1,71 mol = 58,5 g.mol-1

QUANTITÉ DE MATIÈRE ET VOLUME POUR UN GAZ

 n, la quantité de matière d’un gaz (en mol)  , volume molaire (en L. mol-1)  V, volume de gaz (L)

n=

Application: pompe Ă chaleur

LES CALCULS UTILISÉS POUR LES POMPES À CHALEUR Coefficient de Performance (COP): COP =

Le rendement:

Puissance et chaleur (énergie): P