Approche microscopique du changement d'état

[invite554645eb]

Bonjour,

J'étais en oral de concours la semaine dernière et un examinateur m'a posé la question suivante : comment se traduit au niveau microscopique la présence d'un palier de température dans le diagramme donnant T en fonction du temps t (la transformation étant réalisée à flux thermique constant). (Dans mon cas c'était la fusion de la glace).
Macroscopiquement je comprends bien que ce palier correspond à un "manifestation" de l'enthalpie de changement d'état (ici de fusion)...mais c'est une traduction de cette dernière au niveau microscopique que j'ai du mal à imaginer.

Qq peut éclairer ma lanterne ?
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[mc222]

Salut, t'es en terminal GM ?

C'est du ,je crois, a la chaleur latente du matériaux, lorsque l'on du métal pour le faire fondre, il se passe la meme phénomène, on chauffe pendant la fusion mais la température réste constante alors qu'on continu a lui fournir de l'énergie.

C 'est que la chaleur, l'énergie part dans le matériaux, pour défère les liaisons atomiques.

Au refroidissement, il se passe la meme chose, le matériaux diffuse de la chaleur, ce qui explique le palier.

[invite554645eb]

Merci pour ta réponse. Cependant tout ce que tu m'as dit je le sais déjà =), ce que tu appelle chaleur latente étant l'autre nom de l'enthalpie de changement d'état. Ce que je j'aimerai savoir c'est comment ce traduit / s'interprete microscopiquement ce palier de T, un peu comme on interprete la température comme l'agitation des molécules au niveau microscopique.

J'avais dit sans trop être sur qu'au moment ou on "arrive sur le palier" l'intégralité de l'énergie thermique sert à rompre une partie des liaisons liant les molécules entre elles à l'état solide (dans mon cas les liaisons H et VdW). Quand on trace l'énergie potentielle d'intéraction en fonction de la distance entre deux molécules, celle ci passe par un minimum pour la distance correspondant a la longueur de la liaison, on a un puit de potentiel. Ce que j'ai dit c'est que l'energie communiquée au système "servait" en intégralité, sur le palier, à "sortir" de ce puit de potentiel et ne contribuait donc pas à l'échauffement du système d'où une température constante.

Le truc c'est que l'examinateur n'approuvait ni ne contredisait ce que je disais, se contentant de noter ce que je disais. Bref, il a mis le doigt la où ca fait mal..la où je ne suis plus sur de ce que je raconte et c'est pas dans mon cours. J'ai un peu cherché sur google mais rien de bien probant. J'aimerai donc que qq précise tout ça ^^.

PS : Pour te répondre je ne suis plus en terminale mais en 2e année de CPGE (option PC).

[invite3d779cae]

Le plus simple pour se représenter le palier de changement d'état c'est le passage du liquide au gaz.

Dans un corps lorsqu'on mesure sa température c'est en fait la température moyenne que l'on mesure, et on sait que : température <=> énergie cinétique des constituant. Or si c'est la température moyenne que l'on mesure on mesure l'énergie cinétique moyenne.

Prenons l'exemple d'un verre d'eau a 100°C. A cette température la l'eau s'évapore. Mais ça veut dire quoi s'évaporer ? Ca veut simplement dire qu'il y a des molécules qui ont une énergie cinétique tellement importante que les énergies de liaison sont négligeable a coté. Or comme je l'ai dis avant 100°C, c'est la température moyenne ! Cela veut dire qu'il y aura des molécules "plus chaude" et d'autre "plus froide".

Maintenant petite question : quelles sont les molécules qui reste dans en phases liquide ? Les plus "chaudes" ou les plus "froides" ?

Bien entendu ce sont les molécules les plus "froides" qui vont rester en phase liquide, les autres par contre seront en phase gazeuse, mais si elles sont en phase gazeuse elles sortent du système et ne sont donc plus prise en compte pour la mesure de la température.

Donc quand on change d'état il y a un palier car ce sont les molécules les plus chaudes qui vont partir (avec leur énergie), il ne restera donc dans le liquide que les molécules les plus froide < 100°C

voila j'espère que mon explication a été suffisamment claire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yahou]

Donc quand on change d'état il y a un palier car ce sont les molécules les plus chaudes qui vont partir (avec leur énergie), il ne restera donc dans le liquide que les molécules les plus froide < 100°C

Si je comprends bien, tu justifies que le liquide ne s'échauffe pas en disant que c'est le gaz qui emporte la chaleur apportée de l'extérieur. Mais le système considéré, c'est l'ensemble des deux, et dans une approche diagramme température-pression on suppose à tout instant l'équilibre thermodynamique et donc la même température dans les deux phases.

Du coup, bien que je sois tout à fait d'accord avec ton interprétation de l'évaporation, j'ai l'impression qu'il ne s'agit pas du bon angle attaque pour répondre à la question posée.
Pour ma part, je répondrais plutôt comme Pedrow : pendant le palier de température, la chaleur apportée au système ne sert pas à augmenter l'énergie cinétique des molécules mais à briser des liaisons.

[invite3d779cae]

Si je comprends bien, tu justifies que le liquide ne s'échauffe pas en disant que c'est le gaz qui emporte la chaleur apportée de l'extérieur. Mais le système considéré, c'est l'ensemble des deux, et dans une approche diagramme température-pression on suppose à tout instant l'équilibre thermodynamique et donc la même température dans les deux phases.

Tout a fais d'accord avec toi, mais on ne chauffe pas les vapeurs on chauffe le liquide, donc uniquement les molécules qui sont a une température <100°C. Une fois qu'une molécules a une énergie cinétique suffisante pour que les énergies de liaisons deviennent négligeable alors elle sort de la phase liquide et du coup on ne lui apporte plus d'énergie.

la chaleur apportée au système ne sert pas à augmenter l'énergie cinétique des molécules mais à briser des liaisons.

Les liaisons existent toujours, mais elle deviennent peu a peu négligeable face a l'énergie cinétique.

Sinon comment pourrait on expliquer le rafraichissement provoquer par notre transpiration ?