Il y a tellement de questions comme comment la pression est liée au point de fusion ? Pourquoi affecte-t-il le point de fusion? Nous allons répondre à toutes ces questions.
La température spécifique à laquelle un solide se transforme en liquide est connue sous le nom de point de fusion. Comme une substance a plus de densité à l'état solide par rapport à la densité à l'état liquide, dans la plupart des cas, on observe que le point de fusion augmente lorsque la température augmente.
Mais l'eau montre une exception à cela. En cas d'eau lorsque la pression augmente, point de fusion de la glace diminue. La chaleur doit être fournie à un solide afin de le liquéfier. Cette chaleur est appelée chaleur de fusion. Le point de fusion d'un solide montre que la variation de l'énergie libre de Gibbs est nulle.
Mais les valeurs de changement d'enthalpie (∆H) et de changement d'entropie (∆S) augmentent (∆G=0,∆H>0,∆S>0). La condition pour qu'un solide fonde est que son énergie libre de gibbs en phase solide doit être supérieure à l'énergie libre de gibbs en phase liquide. Thermodynamiquement,
∆S= ∆H/T où T signifie la température du point de fusion
Point de fusion et relation de pression
Il existe une relation commune entre le point de fusion et la pression, c'est-à-dire que le point de fusion est directement proportionnel à la pression dans le cas de la plupart des matériaux. Une raison très courante derrière cela est que lorsque la pression est appliquée à un matériau solide, cela le rend plus dense et compact dans la nature.
Il a donc besoin de plus d'énergie pour fondre. Cela signifie que la température responsable de la fusion de ce solide doit également être augmentée. Cela signifie que le point de fusion de ce matériau augmente également.
Le point de fusion change-t-il avec la pression et comment ?
Il existe un principe de LeChatelier qui traite de la pression qui est l'état physique externe de la matière. Il stipule que lorsqu'un état physique externe d'une matière change, il aura tendance à mettre fin à l'équilibre du système.
Ensuite, le système essaie de s'habituer aux changements qui se sont produits. Lorsqu'une substance solide est chauffée, ses molécules s'éloignent les unes des autres.
Lorsque l'espace intermoléculaire entre les molécules augmente en raison de la diminution de la force d'attraction intermoléculaire, le solide passe à l'état liquide. En cas de glace, elle fond dans l'eau lorsqu'elle est chauffée.
Ainsi, le principe de LeChatelior peut nous aider à comprendre comment l'effet de la pression sur la glace peut modifier le point de fusion. L'équilibre sera acquis par le système d'eau glacée au point le plus bas à mesure que la pression sur la glace augmente. Nous savons tous que le volume de glace est inférieur au volume de glace. La glace occupe donc moins d'espace que l'eau.
Il existe une relation inverse entre la pression et le point de fusion de la glace qui est connue de tous. Ainsi lorsque la pression augmente sur la glace, son volume diminue davantage. Par conséquent, le point de fusion de la glace diminue également. Cela signifie que dans le cas d'un système d'eau glacée, le point de fusion est inversement proportionnel à la pression.
Pourquoi la pression affecte-t-elle le point de fusion ?
À l'aide d'un diagramme de phase, nous pouvons décrire la raison pour laquelle la pression affecte le point de fusion d'un solide. Ce diagramme nous aidera à montrer la dépendance de la transition à la fois à la température et à la pression.
Dans le diagramme, la phase gazeuse reste dans la partie inférieure où la pression reste faible. La phase solide reste dans la partie gauche du diagramme où la température est basse et le liquide reste entre la phase solide et la phase gazeuse.
Point triple fait référence à un point auquel les phases solide, liquide et gazeuse restent à l'équilibre. La phase liquide reste stable à ce stade. Le point de fusion de la plupart des solides est indiqué par la ligne verte continue dans le diagramme.
La dépendance du point de fusion à la pression est bien inférieure à la dépendance du point d'ébullition à la pression. Cela se produit parce que le changement de volume lors de la transition solide-liquide est très insignifiant.
Lorsque la pression augmente, le point de fusion augmente également car la plupart des liquides ont une densité inférieure à celle des solides.
La ligne verte pointillée ci-dessus le diagramme de phase indique le point de fusion de l'eau. Le cas de l'eau est une exception car l'eau est plus dense que la glace. L'augmentation de la pression entraîne une diminution du point de fusion de la glace.
Relation entre la pression de vapeur et le point de fusion
Le point de fusion d'un solide et sa pression de vapeur entretiennent une relation positive entre eux. Cela signifie que lorsque la pression de vapeur augmente, le point de fusion d'un solide augmente également.
Relation entre la pression atmosphérique et le point de fusion
La relation entre la pression atmosphérique et le point de fusion est positive. Cela signifie que l'augmentation de la pression sur un solide entraîne une augmentation du point de fusion de ce solide. Nous savons tous que lorsqu'un solide se transforme en liquide, il acquiert plus de volume.
A l'état liquide, la force d'attraction intermoléculaire entre les molécules diminue donc l'espace intermoléculaire entre les molécules augmente. Cela augmente à son tour le volume.
Ainsi, si une pression est appliquée à un solide, il devient plus difficile pour lui de passer à l'état liquide car la pression rend la structure du solide plus compacte et plus dense. Par conséquent, il devient difficile de surmonter la force d'attraction intermoléculaire et de se liquéfier.
C'est la raison pour laquelle le le point de fusion augmente lorsque la pression est augmentée.
Relation entre la pression et le point de fusion de la glace
Le système d'eau glacée présente une exception à la relation entre la pression et le point de fusion. Dans le cas de ce système, la pente entre le point de fusion et la pression est négative car le point de fusion de la glace diminue lorsqu'une pression lui est appliquée.
Conclusion
Dans cet article, la commune relation entre le point de fusion et la pression et son exception ont toutes deux été décrites en termes simples et compréhensibles.
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