Pourquoi la courbe de fusion de l’eau penche-t-elle vers la gauche, alors que pour la plupart des corps elle penche vers la droite ?

Dans la relation de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV), la pente est fixée par le signe de ΔV. Pour la plupart des corps, le liquide est moins dense que le cristal, ΔV > 0, la pente est positive. Pour l’eau, la glace est moins dense, ΔV < 0, la pente est négative : augmenter la pression abaisse la température de fusion.

Que se passe-t-il au point critique ?

La distinction entre liquide et gaz disparaît : densité et autres propriétés des deux phases coïncident. Au-delà, le corps est un fluide supercritique : densité élevée et viscosité faible, sans ménisque liquide–vapeur.

Que voit-on si l’on chauffe à pression constante ?

Un trait horizontal sur le diagramme est une isobare. De gauche à droite, sous la pression du point triple, le solide passe directement au gaz (sublimation). Au-dessus du point triple, on croise d’abord la courbe de fusion, puis celle d’ébullition.

Pourquoi n’y a-t-il pas d’eau en surfusion sur le diagramme ?

On ne montre que la phase d’équilibre stable à T et P donnés. Les états métastables (surfusion, surchauffe) existent en expérience, mais on ne les trace pas sur un diagramme d’équilibre usuel.

Diagramme de phases

Q: Que se passe-t-il au point critique ?

La distinction entre liquide et gaz disparaît : densité et autres propriétés des deux phases coïncident. Au-delà, le corps est un fluide supercritique : densité élevée et viscosité faible, sans ménisque liquide–vapeur.

Q: Que voit-on si l’on chauffe à pression constante ?

Un trait horizontal sur le diagramme est une isobare. De gauche à droite, sous la pression du point triple, le solide passe directement au gaz (sublimation). Au-dessus du point triple, on croise d’abord la courbe de fusion, puis celle d’ébullition.

Q: Pourquoi n’y a-t-il pas d’eau en surfusion sur le diagramme ?

On ne montre que la phase d’équilibre stable à T et P donnés. Les états métastables (surfusion, surchauffe) existent en expérience, mais on ne les trace pas sur un diagramme d’équilibre usuel.

Diagramme p–T schématique : solide, liquide, gaz et fluide supercritique ; point triple et point critique.

À propos du modèle

Le diagramme de phases d’un corps pur dans le plan température–pression montre les domaines de stabilité du solide, du liquide et du gaz. La pente des courbes de coexistence est donnée par la relation de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV). Au point triple, les trois phases coexistent ; au-delà du point critique, liquide et gaz ne se distinguent plus (fluide supercritique). Le schéma est normalisé (T̂, P̂) et ne recopie pas l’eau expérimentale : les courbes sont des repères. Les états métastables (surfusion, surchauffe) ne sont pas représentés. Les curseurs déplacent le point dans le plan et indiquent la phase.

Public : Première, terminale et physique générale / chimie physique : phases, point triple et point critique.

Notions clés

diagramme de phases
point triple
point critique
courbe de coexistence
relation de Clapeyron
transition de phase
fluide supercritique
énergie libre de Gibbs

Comment ça marche

Diagramme pression–température schématique : les domaines solide, liquide, gaz et supercritique sont séparés par les courbes de fusion, de vaporisation et de sublimation, qui se rejoignent au point triple. Les courbes en pointillés sont des repères ; les coordonnées T̂, P̂ sont normalisées pour l’enseignement et ne correspondent pas aux données expérimentales de l’eau. Les curseurs déplacent le point jaune et indiquent la phase.

Formules

Le long des courbes de coexistence : potentiels chimiques égaux (µ₁ = µ₂)

Clapeyron : dP/dT = ΔS/ΔV sur la frontière

Questions fréquentes

Pourquoi la courbe de fusion de l’eau penche-t-elle vers la gauche, alors que pour la plupart des corps elle penche vers la droite ?: Dans la relation de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV), la pente est fixée par le signe de ΔV. Pour la plupart des corps, le liquide est moins dense que le cristal, ΔV > 0, la pente est positive. Pour l’eau, la glace est moins dense, ΔV < 0, la pente est négative : augmenter la pression abaisse la température de fusion.
Que se passe-t-il au point critique ?: La distinction entre liquide et gaz disparaît : densité et autres propriétés des deux phases coïncident. Au-delà, le corps est un fluide supercritique : densité élevée et viscosité faible, sans ménisque liquide–vapeur.
Que voit-on si l’on chauffe à pression constante ?: Un trait horizontal sur le diagramme est une isobare. De gauche à droite, sous la pression du point triple, le solide passe directement au gaz (sublimation). Au-dessus du point triple, on croise d’abord la courbe de fusion, puis celle d’ébullition.
Pourquoi n’y a-t-il pas d’eau en surfusion sur le diagramme ?: On ne montre que la phase d’équilibre stable à T et P donnés. Les états métastables (surfusion, surchauffe) existent en expérience, mais on ne les trace pas sur un diagramme d’équilibre usuel.

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