L'énergie de changement d'état
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- Connaitre la signification de l’énergie massique de changement d’état d’une espèce.
- Interpréter le signe de l’énergie massique de changement d’état.
- Exploiter la relation entre l’énergie transférée lors d’un changement d’état et l’énergie massique de changement d’état de l’espèce.
- L’énergie massique L de changement d’état d’une espèce chimique est la quantité d’énergie que doit capter ou céder 1 kg de ce corps pour changer d’état.
- Les énergies massiques de deux changements d’état contraires sont opposées.
- L’énergie thermique Q transférée au milieu extérieur lors du changement d’état d’une masse m (en kg) d’une espèce chimique est Q = m × L, où L est l’énergie massique de changement d’état de l’espèce considérée.
- Les changements d’état
- Les transferts thermiques lors d’un changement d’état
Un changement d’état d’un corps pur s’accompagne d’un transfert d’énergie avec le milieu extérieur.
Cette énergie massique de changement d’état est notée L et elle s’exprime en joule par kilogramme (J·kg−1).
- Pour les changements d’état exothermiques (l’espèce chimique cède de l’énergie), L < 0.
- Pour les changements d’état endothermiques (l’espèce chimique capte de l’énergie), L > 0.
On utilise souvent le kJ·kg−1 comme unité d’énergie massique de changement d’état.
1 kJ·kg−1 = 1000 J·kg−1 = 103 J·kg−1
Le schéma suivant récapitule les changements d’état endothermiques et les changements d’état exothermiques.
Changements d’état endothermiques et exothermiques
- L’énergie massique de vaporisation de l’eau est Lvap = 2,26 × 106 J·kg−1. Cela signifie qu’il faut fournir 2,26 × 106 J d’énergie thermique à 1 kg d’eau pour qu’elle s’évapore.
- L’énergie massique de solidification du plomb est Lsol = −26,3 kJ·kg−1. Cela signifie que lorsque 1 kg de plomb se solidifie, il cède 2,63 × 104 J d’énergie thermique à l’extérieur.
Lvaporisation = −Lliquéfaction
Lsublimation = −Lcondensation
L’énergie massique de vaporisation (état liquide à gazeux) de l’eau est Lvap = 2,26 × 106 J·kg−1, donc l’énergie massique de liquéfaction (état gazeux à liquide) de l’eau est Lliq = −2,26 × 106 J·kg−1.
L’énergie thermique Q transférée au milieu extérieur lors du changement d’état d’une espèce chimique est proportionnelle :
- à la masse m de l’espèce chimique ;
- à l’énergie massique de changement d’état L de l’espèce (pour 1 kg).
La formule de l’énergie thermique Q transférée est la suivante.
|
Q = m × L
|
avec :
|
On souhaite calculer l’énergie thermique de fusion de 500 g de glace d’eau.
L’énergie massique de fusion de l’eau est Lfus = 3,33 × 105 J·kg−1.
500 g = 0,5 kg
Ainsi : Q = m × L = 0,5 × 3,33 × 105 = 1,665 × 105 J
Faire fondre un bloc de 500 g de glace nécessite un apport de 1,665 × 105 J d’énergie thermique.
donc 
et 
.
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