Fusion et solidification
Une courbe de changement d'état représente l'évolution de la température du corps en fonction du temps avant, pendant et après son changement d'état.
Simulation : Solidification de l'eau pure
La vidéo suivante permet de comprendre comment réaliser l'expérience pour tracer point par point la courbe de solidification de l'eau.
Méthode : Exploiter une courbe de changement d'état
Les courbes de changement d'état nous renseignent sur la composition et la nature des échantillons de matière.
Courbe de solidification de l'eau pure | Courbe de fusion de l'eau pure | Courbe de solidification d'une eau salée | Courbe de solidification du cyclohexane |
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(L pour liquide - S pour solide)
Les courbes de la solidification et de la fusion de l'eau pure sont réciproques :
- concernant la courbe de solidification, on observe que la température diminue avant le changement d'état, ce qui signifie que la matière cède de la chaleur. Au cours du changement d'état, la température est constante car le changement d'état est en cours : la température est constante car l'eau liquide continue à céder de la chaleur. En effet, la structure physique des molécules se modifie jusqu'à aboutir à un solide. Enfin, la température diminue à nouveau car le solide obtenu continue à céder de la chaleur.
- concernant la courbe de fusion, l'augmentation, la stagnation puis l'augmentation de la température signifient que le corps reçoit de la chaleur tout au long du processus.
Le palier de solidification ou de fusion de l'eau a lieu à la même température : 0°C.
Lors du changement d'état de l'eau ou du cyclohexane, lorsqu'il y a coexistence de l'état solide et de l'état liquide, on observe un palier horizontal de température : cela signifie que l'eau et le cyclohexane sont des corps purs.
Le palier du cyclohexane et celui de l'eau n'ont pas lieu à la même température. Cela signifie qu'ils n'ont pas la même température de solidification : l'eau se solidifie à 0°C alors que le cyclohexane se solidifie à 6°C.
Lors du changement d'état de l'eau salée, lorsqu'il y a coexistence de l'état solide et de l'état liquide, on observe que le palier n'est pas horizontal : cela signifie que l'eau salée est un mélange.
Sur la courbe de solidification de l'eau salée exploitée ci-dessus, on observe que le palier de changement d'état est compris entre -6 et -10 °C : l'eau salée se solidifie à des températures négatives.
Complément : Le mélange réfrigérant pour lutter contre les routes gelées en hiver
Le mélange réfrigérant est un mélange de glace pilée et de sel. En classe, il est utilisé pour réaliser des expériences de solidification :
- dès le cycle 1, les élèves peuvent ainsi observer la formation d'un glaçon et constater la réversibilité du phénomène, pour prendre conscience que la glace est constituée d'eau,
- en cycle 2 et 3, le thermomètre permet d'observer que la glace se forme à 0°C.
En fonction des proportions sel - glace, le mélange réfrigérant permet d'atteindre des températures allant jusqu'à -21°C.
La courbe de solidification d'une eau salée exploitée ci-dessus correspond à un cas particulier où la proportion de sel est d'environ 10 %.
Le mélange eau-sel a donc une température de solidification inférieure à celle de l'eau pure.
Lorsque la température extérieure est comprise entre la température de solidification de l'eau pure et la température moyenne de solidification de l'eau salée, cela signifie que l'eau salée se trouve à l'état liquide alors que l'eau pure est déjà à l'état solide.
C'est cette propriété que l'on utilise pour faire fondre la glace sur les routes gelées en hiver :