Enthalpie de Changement de Phase (au niveau moléculaire)

[ThunderJack]

Bonsoir à tous,

Bien que je jongle avec l'enthalpie depuis pas mal de temps déjà, il me vient un problème de compréhension quant à ce qu'il se passe au niveau moléculaire lors d'un changement de phase.

Posons le décor :

De l'eau est placé dans un cylindre à piston sur lequel est placé un poids afin que notre expérience se déroule à pression constante.
La température initiale est de 20°C.

1. Je chauffe l'eau jusqu'à son point d'ébulition (100°C). A ce stade, l'eau est toujours à l'état liquide.
2. Je chauffe l'eau jusqu'à ce que tout le liquide soit devenu vapeur. La vapeur est toujours à 100°C.

A l'étape 2, on sait que pour faire passer tout le liquide à l'état de vapeur, on a du lui fournir l'équivalent de son enthalpie de vaporisation. Mais au niveau moléculaire, que se passe-t-il ? Ou est passé cette énergie ? Pas en énergie cinétique de translation puisque dès lors la température augmenterait durant la transition de phase. Mais alors où ?

- Dans les énergies cinétiques de rotation/vibration ?
- Dans la rupture des liaisons intermoléculaires ? (Quoi que dans ce cas je pense qu'il faudrait augmenter l'énergie cinétique de translation afin que les molécules puissent s'éloigner les unes des autres).

Pouvez-vous m'aider à comprendre ?
Un grand merci !
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[moco]

L'enthalpie de vaporisation sert à vaincre les liaisons hydrogène entre molécules d'eau voisines. A l'état liquide, chaque atome d'oxygène attire certes deux atomes H par covalence, mais aussi un atome H appartenant à une autre molécule par liaison hydrogène. Le phénomène de vaporisation détruit les liaisons hydrogène entre molécules voisines (et aussi les faibles liaisons de van der Wals, qu'on peut négliger ici). A l'état gazeux, les molécules d'eau sont indépendantes, et chaque atome d'oxygène n'attire plus que les deux atomes H de sa propre molécule. Les énergies de translation, de vibration ou de rotation de la molécule d'eau ne sont pas modifiées pendant le processus de vaporisation.

[ThunderJack]

Merci pour cette explication claire.

Cependant une ambiguïté persiste, qui provient à mon avis de mon manque d'expérience :
Pour vaincre les liaisons hydrogènes, les molécules ne doivent-elles pas compenser l'énergie potentielle de ces liaisons par son équivalent d'énergie cinétique ? (Et donc faire augmenter la température).

Merci.

[ThunderJack]

Up?

Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[HarleyApril]

à chaque moment, tu fournis un peu d'énergie sous forme de chaleur
cette énergie sert à rompre les liaisons

il n'y a pas de variation de température, tant que tu restes à la même pression, aussi longtemps que tu as de l'eau liquide en équilibre avec la vapeur

cordialement

[guiguiadonf]

Je trouve que les réponse données précédemment ne répondent pas beaucoup à la question, elles grattent la surface en utilisant des notions macroscopiques alors que la question porte sur des notions microscopiques (sans vouloir offenser personne).

Je me pause exactement la même question, je vais essayer d'apporter ma petite pierre à l'édifice, mais je ne connais pas totalement la réponse, en espérant que quelqu'un d'autre en saura plus pour qu'on avance.

Je suis d'accord avec le fait que l'énergie cinétique de translation des molécules doit augmenter pour que l'énergie potentielle augmente au cours du changement de phase : pour que l'énergie potentielle augmente, il faut que les molécules s'écartent, que des liaisons s'affaiblissent entre des molécules :
Pour le passage de l'eau de l'état solide à l'état liquide, la chaleur apportée au système fait que des liaisons hydrogènes entre les molécules H₂O se brisent, n'étant plus liées entre elles elles doivent nécessairement s'écarter, donc la vitesse de translation de la molécule augmente, et par conséquent l'énergie cinétique de translation (dîtes moi si je me trompe svp).

Pour autant on sait que la température du système n'augmente pas. On sait que la température du système dépend de :
- la vibration (mouvement de translation) des atomes à l'intérieur des molécules (s'éloignent et se rapprochent entre entre eux de manière périodique)
- La vibration des molécules entre elles (mouvement de translation aller retour)
- la rotation des atomes des molécules par rapport à l'atome auquel ils sont liés (comme une pierre qu'on attâcherait au bout d'un corde et qu'on ferait tourner de manière elliptique)
- la rotation des molécules
- la translation des molécules ( à l'état solide celle ci est confondue avec la vibration des molécules si le système solide ne bouge pas par rapport au référentiel, à l'état liquide il faut ajouter la translation des molécules individuellement dans l'espace)
dîtes moi si j'ai oublié quelque chose svp

Donc si l'énergie cinétique de translation augmente proportionnellement à l'énergie potentielle (on devrait dire énergie potentielle électrique il me semble, puisqu'il s'agit de liaisons de nature électrostatiques) au cours du changement de phase mais l'énergie cinétique globale n'augmente pas, c'est qu'une ou plusieurs des autres énergies cinétiques décrites au dessus diminue(nt) dans les mêmes proportions.

Mes pistes :
- L'énergie cinétique de vibration des molécules entre elles peut diminuer puisqu'au fur et à mesure du changement de phase certaines liaisons intermoléculaires sautent
- L'énergie de rotation des atomes des molécules entre eux, car ils subissent moins le champ électrostatique des molécules près d'eux.
D'autre idées?

Bonne journée à tout le monde