Enthalpie de changement d'etat

Enthalpie de changement d'etat

Enthalpie de changement d'état

L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de quantité de matière (mole) ou de masse (kg) d'un corps pour qu'il change d'état; cette transformation ayant lieu à pression constante. Par exemple pour le passage de l'état liquide à l'état de vapeur on parlera d'enthalpie de vaporisation.

L'enthalpie échangée lors du changement d'état résulte de la modification (rupture ou établissement) de liaisons interatomiques ou intermoléculaires. Il existe trois états physiques principaux pour tout corps pur: l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Les liaisons sont plus fortes dans l'état solide que dans l'état liquide et ces liaisons sont quasi-absentes dans l'état gazeux. Il existe un quatrième état obtenu à très haute température où la matière se trouve sous la forme d'un plasma d'ions et d'électrons.

Par exemple, l'eau bout à 100 °C sous la pression d'1 atmosphère ( 1atm = 101325 Pascal). L'enthalpie de vaporisation de l'eau, égale à la quantité de chaleur fournie pour transformer l'eau liquide en vapeur, est de 2257 kJ/kg.

Enthalpies de changement d'état de diverses substances

Corps simples
solides		 Enthalpie de
fusion
kJ/kg		 vaporisation
kJ/kg
Aluminium 393  
Antimoine 163 1340
Argent 103 2160
Béryllium 1339  
Bismuth 43 858
Cadmium 45 1004
Calcium   2430
Césium 16  
Chrome 316  
Cobalt 259  
Cuivre 205 4650
Étain 59 2600
Fer 207  
Gallium 80  
Lithium 137  
Magnésium 369 8450
Manganèse 101  
Nickel 298  
Palladium 152  
Phosphore blanc 21 540
Platine 114  
Plomb 23 920
Rubidium 26  
Sélénium 56  
Soufre clinorhombique 39  
Thallium 15  
Tellure 31  
Zinc 96 1820
Autres substances
Azote   3219
Méthane   510
Éthane   489
Propane   426
Butane   385
Pentane   357
Isopentane   339
n-Hexane   337
n-Heptane   320
n-Octane   306
Éthylène   483
Propylène   438
But-1-ène   391
Isobutène   394
Cyclopentane   390
Cyclohexane   358
Acétylène   829
Benzène   394
Toluène   363
o-Xylène   347
Cumène   312
Méthanol   1100
Éthanol   855
Propanol   695
Isopropanol   667
n-Butanol   591
Acétaldéhyde   570
Acétone   521
Silane   342
Diéthyléther   377
Essence automobile   335
Eau 330 2256
Ammoniac   1391

Dans le tableau ci-contre, la chaleur de vaporisation correspond à la température d'ébullition du corps sous une pression égale à l'atmosphère au niveau de la mer (101,3 kPa).

Changement d'état

Au cours d'un changement d'état d'un corps pur, il y a une variation d'enthalpie et d'entropie du corps. Par exemple pour un corps de masse m passant de l'état 1 à l'état 2 à la température T0

ΔH1,2 = mL1,2 et \Delta S_{1,2}=\frac{mL_{1,2}}{T_0}
\ L_f Chaleur latente massique exprimée en J/kg
ΔH1,2 Variation d'enthalpie en J
ΔS1,2 Variation d'entropie en J/K
m masse en kg
T0 Température en K

La chaleur latente massique de fusion des métaux est comprise entre 4 et 16 kJ/(mol.K), sauf rare exception. Cette règle permet de connaître une valeur approchée de l'enthalpie de fusion, connaissant la température de fusion :

\ L_f = \frac{T_f. \Delta s_f}{m}

\ L_f chaleur latente massique exprimée en J/kg

\ \Delta s_f variation d'entropie molaire lors de la fusion en J/(mol.K)

\ T_f température de fusion en K

\ M masse en kg

Enthalpie de fusion

Article détaillé : Enthalpie de fusion.

L'enthalpie de fusion est l'énergie absorbée sous forme de chaleur par un corps lorsqu'il passe de l'état solide à l'état liquide à température et pression constantes.

Enthalpie de vaporisation

Article détaillé : Enthalpie de vaporisation.

L'enthalpie de vaporisation d'un composé chimique est la différence d'enthalpie mise en jeu lors de la vaporisation d'une mole de ce composé.

Enthalpie de sublimation

Article détaillé : Enthalpie de sublimation.

L'enthalpie de Sublimation, ou chaleur latente de Sublimation, est l'énergie absorbée sous forme de chaleur par un corps lorsqu'il passe de l'état solide à l'état gazeux à température et pression constantes.

Histoire

On nommait autrefois chaleur latente cette grandeur, en référence à la vision substantialiste de la chaleur (considérée comme un fluide, une substance, immatérielle) qui était largement répandue jusqu'au XIXe siècle avec notamment les travaux de Joseph Fourier sur cette dernière.

Voir aussi

Référence

"Carburants et moteurs", J-C Guibet, Publication de l'Institut Français du Pétrole, ISBN 2-7108-0704-1

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