Calcul de l'énergie de cohésion d'un liquide ou solide

[Marclegrand76]

Bonjour à tous
En révisant avec mon neveu, j'ai ressorti mes vieux bouquins de physique-chimie 1re S et je m'interroge sur la définition de l'énergie de cohésion d'un liquide ou solide moléculaire.
Definition dans le livre : l'énergie de cohésion d'un solide ou d'un liquide moléculaire est l'énergie qu'il faut fournir à une mole du solide ou du liquide pour l'amener à l'état gazeux, l'état intial et l'état final étant à la même température.
Ma question porte sur la fin de la définition : l'état initial et l'état final étant à la même température ????
Car à part dans la phase du changement d'état, je ne vois pas (ou plus) comment on peut être à la même température.
Je prends un exemple pour être plus clair. Supposons que j'ai une mole d'eau à 20 °C . On suppose qu'on a toutes les données pour les calculs (capacité thermique eau liquide, chaleur latente ébullition, masse molaire de l'eau) et que l'expérience se fait à pression atmosphérique normale, l'énergie nécessaire pour l'amener totalement à l'état gazeux serait :
eau (liq) à 20 °C -> eau (liq) à 100 °C Q1 = m c (t finale- t initiale)
eau (liq) à 100°C -> eau (gaz) à 100 °C Q2 = m Lébullition
L'énergie de cohésion d'une mole l'eau à 20 °C sous la pression atmosphérique serait alors Q1 + Q2 , enfin je pense d'après la définition
Alors déjà est-ce que mon raisonnement est correct ?
Deuxièmement ,dans mon exemple la température initiale de l'eau était à 20 °C, la température finale est maintenant à 100 °C , elle est différente contrairement à la définition ?????
Merci de vos réponses
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[gts2]

Bonjour,

Bonjour c'est une définition, il faut donc la respecter. Après la détermination et l'utilisation de cette valeur c'est autre chose.

Pour prendre votre exemple c'est le passage liq -> vap à 20°C donc à la pression de 0,02 atm qui est la pression d'équilibre liq/vap de l'eau à 20°C

Dans votre expérience votre Q2 est l'énergie de cohésion à 100°C.

Dans le cadre de votre expérience, vous pouvez déterminer la valeur à 20°C, en complétant par une transformation (abstraite !) : refroidissement du gaz de 100°C à 20°C (Q3) vous auriez alors énergie de cohésion à 20°C = Q1+Q2+Q3

[Marclegrand76]

Déjà merci pour cette réponse rapide et c'est vrai que l'application des définitions n'est pas toujours facile.
Effectivement si on fait l'expérience sous une pression d'environ 0,02 atm, l'eau rentre en ébullition à 20 °C
Alors dites moi si j'ai bien compris. Dans mon exemple, pour calculer l'énergie de cohésion d'une eau à 20 °C, il suffit de connaître la chaleur latente d'ébullition de l'eau à 20 °C et non à 100 °, puis juste appliquer
Q = m L(ébullition à 20°C). Dans ce cas Q(cohésion) = Q
Par contre si on ne nous donne pas la chaleur latente de l'eau à 20 ° mais à 100 °C , pour trouver l'énergie de cohésion, vous proposez d'ajouter à Q1 + Q2 une valeur Q3 correspondant au refroidissement du gaz de 100 °C à 20 ° mais ce Q3 ne serai-t-il pas égale en valeur absolu à Q1 + Q2 et dans ce cas on aurait Q(cohésion) = 2 (Q1 + Q2 + Q3) ?
Merci

[gts2]

[Dans mon exemple, pour calculer l'énergie de cohésion d'une eau à 20 °C, il suffit de connaître la chaleur latente d'ébullition de l'eau à 20 °C et non à 100 °, puis juste appliquer
Q = m L(ébullition à 20°C). Dans ce cas Q(cohésion) = Q

C'est bien cela.

Pour trouver l'énergie de cohésion, vous proposez d'ajouter à Q1 + Q2 une valeur Q3 correspondant au refroidissement du gaz de 100 °C à 20 ° mais ce Q3 ne serait-t-il pas égale en valeur absolue à Q1 + Q2 et dans ce cas on aurait Q(cohésion) = 2 (Q1 + Q2 + Q3) ?[/SIZE]
Merci

Je ne comprends pas trop si "Q3 est égale en valeur absolue à Q1 + Q2" alors (Q1 + Q2 + Q3)=0 ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Marclegrand76]

Bonjour
C'est vrai que je n'ai pas été précis dans mon raisonnement
Dans votre premier post, vous écriviez : " Dans le cadre de votre expérience, vous pouvez déterminer la valeur à 20°C, en complétant par une transformation (abstraite !) : refroidissement du gaz de 100°C à 20°C (Q3) vous auriez alors énergie de cohésion à 20°C = Q1+Q2+Q3"
Je comprends que Q3 est l'énergie nécessaire pour que la mole d'eau à l'état gazeux à 100 °C se transforme en une mole d'eau à l'état liquide à 20 °C donc Q3 serait la somme de l'énergie libérée lors de la liquéfaction (chaleur latente de liquéfaction = - chaleur latente d'ébullition donc -Q2) + l'énergie libérée par l'eau pour passer de 100 °C liquide à 20 °C liquide (-Q1).
Energie de cohésion = Q1 + Q2 + Q3 = Q1 + Q2 + (-Q1 - Q2) = 0
Or l'énergie de cohésion de l'eau à 20 °C ne peut pas être nulle, c'est pour ça que je suppose que c'est la valeur absolu de -Q1 et -Q2 soit Energie de cohésion = Q1 + Q2 + Q3 = 2 Q1 + 2 Q2
Si c'est bien ça ? cela veut dire qu'on trouverait la même valeur de cohésion qu'avec le calcul direct Q = m L(ébullition à 20°C)
J'espère avoir été plus clair
Bon dimanche

[gts2]

Je comprends que Q3 est l'énergie nécessaire pour que la mole d'eau à l'état gazeux à 100 °C se transforme en une mole d'eau à l'état liquide à 20 °C

Non, j'ai bien parlé du refroidissement du gaz et c'est bien pour cela que j'ai ajouté : transformation abstraite.
Sinon on revient au point de départ (eau liq 20°C) -> (eau liq 20°C) et cela fait bien zéro.

[Marclegrand76]

Oui j'avais mal lu votre post.
En conclusion (en espérant que je ne me trompe pas encore) : Q3 c'est l'énergie libérée pour refroidir le gaz de 100 °C à 20 ° C sans changement d'état
Merci pour ces précisions gts2

[gts2]

En conclusion (en espérant que je ne me trompe pas encore) : Q3 c'est l'énergie libérée pour refroidir le gaz de 100 °C à 20 ° C sans changement d'état

C'est bien cela.