Pourquoi la courbe de fusion de l’eau est-elle « penchée à l’envers » ?

La glace ordinaire est moins dense que l’eau liquide, donc augmenter la pression favorise le liquide et abaisse la température de fusion — dP/dT négatif le long de la fusion, d’après l’équation de Clapeyron. Chez la plupart des corps, la pente est positive.

Que se passe-t-il au point critique ?

Les masses volumiques du liquide et de la vapeur deviennent égales, le ménisque disparaît ; au-dessus de la température critique, on ne peut plus obtenir le liquide par la seule pression. Le point critique est ici schématique — les T_c et P_c exactes se prennent dans les tables de vapeur saturante.

Peut-on lire des températures d’ébullition exactes sur cette carte ?

Seulement qualitativement. La courbe de pression de vapeur montre la tendance de la température d’ébullition avec la pression, mais la ligne est pédagogique. Pour des nombres d’ingénierie, il faut des tables de vapeur saturante ou une équation d’état validée.

Diagramme de phases de l’eau

Courbes qualitatives de fusion, de sublimation et de pression de vapeur saturante jusqu’au point critique ; une sonde indique la phase.

À propos du modèle

Le diagramme de phases de l’eau dans le plan P–T : les courbes de fusion, de sublimation et de pression de vapeur saturante jusqu’au point critique séparent les domaines de la glace, du liquide et de la vapeur. Une sonde indique dans quel domaine tombe le point (P, T) choisi. Les courbes sont schématiques, et non des tables IAPWS : les prolongements métastables, les polymorphes de la glace autres que Ih ordinaire et les décalages dus aux solutés sont omis. Traverser la courbe de fusion ou de sublimation, c’est la coexistence de deux phases ; au point critique, liquide et vapeur cessent de se distinguer. La pente négative de la courbe de fusion de l’eau et le point triple sont les traits pédagogiques principaux du diagramme.

Public : Chimie générale et chimie physique d’introduction : équilibres de phases de l’eau.

Notions clés

diagramme de phases
point triple
point critique
pression de vapeur saturante
courbe de fusion
sublimation

Comment ça marche

Dans le plan P–T sont tracées les courbes de fusion, de sublimation et de pression de vapeur saturante jusqu’au point critique ; les domaines sont étiquetés glace, liquide et vapeur. La sonde (P, T) indique la phase. La courbe de fusion de l’eau a une pente négative (équation de Clapeyron : la glace est plus légère que le liquide). Diagramme qualitatif, pas des tables IAPWS.

Formules

Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV — water expands on freezing (ΔV < 0) ⇒ negative dP/dT along fusion.

Questions fréquentes

Pourquoi la courbe de fusion de l’eau est-elle « penchée à l’envers » ?: La glace ordinaire est moins dense que l’eau liquide, donc augmenter la pression favorise le liquide et abaisse la température de fusion — dP/dT négatif le long de la fusion, d’après l’équation de Clapeyron. Chez la plupart des corps, la pente est positive.
Que se passe-t-il au point critique ?: Les masses volumiques du liquide et de la vapeur deviennent égales, le ménisque disparaît ; au-dessus de la température critique, on ne peut plus obtenir le liquide par la seule pression. Le point critique est ici schématique — les T_c et P_c exactes se prennent dans les tables de vapeur saturante.
Peut-on lire des températures d’ébullition exactes sur cette carte ?: Seulement qualitativement. La courbe de pression de vapeur montre la tendance de la température d’ébullition avec la pression, mais la ligne est pédagogique. Pour des nombres d’ingénierie, il faut des tables de vapeur saturante ou une équation d’état validée.

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