Le diagramme de phase de l’eau
Faites pivoter une surface p–T–V en trois dimensions et projetez-la sur le plan p–T : les domaines solide, liquide et vapeur se rejoignent au point triple et la ligne liquide–vapeur s’achève au point critique.
Objectif
Lisez un diagramme p–T : repérez les domaines solide/liquide/gaz, le point triple (0,01 °C, 611 Pa) et le point critique (374 °C, 22 MPa) de l’eau.
Matériel et réactifs
Surface de phase virtuelle de l’eau (p–T–V), valeurs de référence des points triple et critique.
Procédure
- Tournez la surface jusqu’à ce que les axes p et T soient dans le plan de l’écran : la projection est le diagramme de phase usuel.
- Suivez les trois lignes de frontière — sublimation, fusion, vaporisation — jusqu’à leur point de concours.
- Remontez la courbe de vaporisation : elle s’arrête au lieu de monter indéfiniment — le point critique.
- Expliquez pourquoi la glace peut se sublimer sous 611 Pa et pourquoi au-delà de 22 MPa liquide et vapeur fusionnent en un seul fluide.
À observer
- Trois lignes de coexistence divisent le plan et se rejoignent au point triple, seul état où glace, eau liquide et vapeur coexistent.
- Pour l’eau, la ligne de fusion penche légèrement à gauche (pente négative) — signature de la glace moins dense que l’eau liquide.
Explication
L’équation de Clapeyron donne la pente de chaque ligne de coexistence à partir des variations d’enthalpie et de volume. Pour l’eau : la ligne de la glace penche à gauche ; la ligne de vapeur se termine là où la différence de densité liquide–vapeur s’annule, au point critique.
Histoire de l’expérience
Chimistes associés
Sujets liés
Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.