11.12 : Courbes de température de changement d'état

Le chauffage ou le refroidissement d'une substance entraîne des changements de température, suivi par des changements de phase. Le chauffage d'une substance augmente l'énergie thermique de ses molécules, qui se traduit par une élévation de température jusqu'à ce qu'il atteigne un point de transition. Lorsque la substance a absorbé suffisamment de chaleur, les forces d'attraction entre ses molécules sont surmontés, conduisant à une transition de phase à température constante.

Une fois la transition terminée, le chauffage entraîne à nouveau une élévation de température. Lorsque la chaleur est retirée de la substance, la diminution de l'énergie thermique de ses molécules correspond à une baisse de température, jusqu'à ce qu'il atteigne un point de transition. Ensuite, la température reste constante à mesure que des forces intermoléculaires plus fortes sont rétablies pendant le changement de phase.

Le comportement d'une substance en réponse aux changements de température modélisable à l'aide de courbes de chauffe ou courbes de refroidissement, où le changement de température est tracé en fonction de la chaleur ajoutée ou de la chaleur évacuée. Considérons un bécher rempli de glaçons, initialement à 20 degrés Celcius. À mesure que la chaleur entre, la température de la glace augmente régulièrement.

La quantité de chaleur absorbée lors du réchauffement de la glace dépend de la capacité thermique spécifique de la glace. Une fois le point de fusion de la glace atteint, la température cesse d'augmenter malgré l'écoulement continu de chaleur. Les effets de la chaleur absorbée affaiblissent les forces intermoléculaires jusqu'à ce que la glace fond complètement en eau liquide.

Le plateau de l'équilibre solide-liquide est caractéristique de la transition de phase à température constante. Le changement d'enthalpie entre le début et la fin du plateau indique le montant de chaleur nécessaire au processus de fusion, ou en d'autres termes, l'enthalpie de fusion de l'eau. Une fois le processus de fusion terminé, la chaleur absorbée entraîne une élévation linéaire correspondante en température.

La capacité thermique spécifique de l'eau dicte la quantité de chaleur absorbée. Au point d'ébullition, la température cesse d'augmenter. La chaleur absorbée contribue à la place pour surmonter les forces d'attraction entre les molécules d'eau jusqu'à ce que l'eau se vaporise complètement.

Le plateau de l'équilibre liquide-gaz représente la transition de phase à température constante. Le changement d'enthalpie entre le début et la fin du plateau est l'enthalpie de vaporisation de l'eau. Une fois que tout le liquide s'est transformé en vapeur, la chaleur supplémentaire entraîne à nouveau une augmentation de la température.