 phase |
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Le terme de phase est employé dans de nombreux contextes différents, avec toujours l'idée d'un élément gardant une nature unique, mais capable d'évoluer en adoptant des aspects successifs (voir l'
encart
). Parmi ces contextes, la chimie s'intéresse à l'état matériel
—
solide, liquide ou gazeux
—
d'un corps se présentant comme un ensemble homogène, dont toute partie, aussi petite soit-elle, présente donc la même
masse volumique
, la même composition chimique et éventuellement la même répartition moléculaire. Un tel corps peut être soit un corps simple constitué d'un seul élément chimique
—
par exemple de l'oxygène diatomique O
2
à l'état gazeux
—
, soit un corps pur combinant plusieurs éléments chimiques
—
par exemple de l'eau pure H
2
O à l'état liquide
—
, soit un mélange homogène de corps purs
—
par exemple un alliage de laiton associant du cuivre Cu et du zinc Zn à l'état solide. Des phases différentes d'un corps peuvent également correspondre à des variétés
allotropiques
qui, bien qu'étant dans le même état matériel, se distinguent entre elles par leurs structures atomiques : c'est par exemple le cas du graphite et du diamant, qui sont deux phases solides du carbone C. |
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Lorsqu'un corps chimique se présente comme un volume matériel solide, liquide ou gazeux limité par une interface avec un milieu extérieur (soit le vide, soit le même corps sous une autre phase, soit un autre corps), un apport ou une perte d'énergie par rapport à ce milieu peuvent provoquer un
changement de phase
(ou une
transition de phase
) de ce corps, qui d'ailleurs retentit en général sur les caractéristiques physico-chimiques du milieu adjacent. En
météorologie
, les changements de phase essentiels sont bien sûr ceux de l'eau atmosphérique ou superficielle. Ces transitions constituent des cas particuliers des six changements d'état possibles, dont les dénominations usuelles sont malheureusement fort embrouillées ; en effet : |
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La
solidification
(qui a pour exact synonyme la
congélation
) désigne le passage à l'état solide d'un fluide, lequel peut donc être un liquide, mais aussi un gaz devenant directement solide : dans ce dernier cas, mieux vaut dire
condensation solide
;
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La
liquéfaction
qualifie le passage à l'état liquide et peut donc concerner un gaz, mais aussi un solide : dans ce dernier cas, mieux vaut parler de
fusion
;
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La
condensation
est le changement d'état d'un gaz : là encore, dans le cas d'un passage direct à l'état solide, mieux vaut préciser explicitement "condensation solide". (Notons que "liquéfaction" et "condensation" ont le même sens, celui de la
condensation liquide
, pour le passage d'un gaz à l'état liquide.) ;
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La
vaporisation
est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. Mais on emploie beaucoup plus fréquemment le terme
évaporation
, désignant la vaporisation à la surface du liquide par opposition à la vaporisation en profondeur ou
ébullition
;
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La
sublimation
est le passage direct de l'état solide à l'état gazeux. C'est, avec "fusion", le seul terme usuel dépourvu d'ambiguïté.
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Désignons alors par
L
LG
,
L
GL
,
L
SL
,
L
LS
,
L
SG
et
L
GS
les quantités de
chaleur
, ou
chaleurs latentes
—
mesurables en joules par kilogramme
—
, qui doivent être apportées à l'unité de masse d'une phase d'un corps pur à
température
constante pour en effectuer respectivement la vaporisation, la condensation, la fusion, la congélation, la sublimation et la condensation solide : les transitions réclament un apport d'énergie dans le cas de
L
LG
,
L
SL
et
L
SG
, qui sont donc positives et ont respectivement pour opposées les quantités négatives
L
GL
,
L
LS
et
L
GS
; de plus, on a
L
SG
=
L
SL
+
L
LG
. À 0
°C
, la
chaleur latente
de vaporisation
, la
chaleur latente de fusion
et la
chaleur latente de sublimation
de l'eau admettent ainsi les valeurs respectives
L
LG
= 2,501.10
6
J.kg
- 1
,
L
SL
= 0,334.10
6
J.kg
- 1
et
L
SG
= 2,834.10
6
J.kg
- 1
. |
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