MATIÈRE (physique) Transitions de phase
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Transitions sans paramètre d'ordre
Les transitions sans paramètre d'ordre, comme toutes celles du premier ordre, sont caractérisées par le fait qu'au point de transition les deux phases en présence sont en équilibre.
Changements d'état
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
Les transitions sont souvent sensibles à diverses actions extérieures. La température de vaporisation, par exemple, est sensible à la pression. Dans un diagramme (p, T), le lieu des points de transition liquide-gaz constitue la courbe de vaporisation. Dans le même diagramme, on définit de façon analogue la courbe de fusion et de sublimation. Ces trois courbes ont un point commun, le point triple, pour lequel les trois phases (solide, liquide et gazeuse) sont en équilibre. Pour toutes les transitions du premier ordre, il est possible de déterminer une chaleur latente de transformation. Dans le cas de la fusion, de la vaporisation ou de la sublimation, la chaleur latente L est liée à la variation du volume spécifique ΔV lors du passage d'une phase à l'autre, et à la pente dp/dT de la ligne de transition par la formule de Clapeyron :
Cette formule a de très nombreuses applications, dont celle de prévoir dans quel sens varie la température de fusion avec la pression. La fusion s'accompagne toujours d'une absorption de chaleur ; en outre, dans la plupart des cas, le solide a un volume spécifique plus faible que le liquide : il s'ensuit que dp/dT est positif, et la température de fusion augmente avec la pression. Le cas de l'eau est particulier, car, la glace étant moins dense qu'elle, la température de fusion diminue quand la pression augmente. La formule de Clapeyron permet aussi d'estimer approximativement la pente de la courbe de vaporisation si l'on suppose négligeable le volume spécifique du liquide en comparaison de celui de la vapeur et si on assimile la vapeur à un gaz parfait. Pour une mole, on remplace donc ΔV par RT/p et l'on obtient :
Diagramme de phase d'un corps pur
Encyclopædia Universalis France
On a réussi à suivre des courbes de fusion jusqu'à des pressions de l'ordre de 3 × 109 Pa et jusqu'à des températures de quelques centaines de degrés. Ces expériences ont révélé que la courbe de fusion semble se prolonger indéfiniment, contrairement à la courbe de vaporisation qui est limitée par le point critique (fig. 1). Si l'on peut passer continûment de l'état gazeux à l'état liquide, il est impossible de passer sans discontinuité de l'état liquide à l'état solide. L'état gazeux et l'état liquide sont qualitativement identiques, car ils sont tous deux isotropes, tandis que l'état solide cristallisé est anisotrope.
Polymorphisme cristallin
Les transitions entre variétés cristallines différentes d'un même corps pur sont, elles aussi, des transitions sans paramètre d'ordre. À une température et à une pression déterminées, la phase la plus stable est celle dont le potentiel thermodynamique est le plus bas. La variation de volume qui accompagne une transition entre deux formes cristallines différentes étant, en général, très faible, on peut la négliger et discuter la stabilité des diverses phases à l'aide de l'énergie libre F. Les exemples de polymorphisme sont très nombreux. Plus de la moitié des corps simples possèdent cette propriété. Les cristaux de soufre, obtenus à froid par évaporation d'une solution dans le sulfure de carbone, sont orthorhombiques, tandis que ceux qui se forment par refroidissement du soufre liquide sont monocliniques. L'étain blanc quadratique, stable au-dessus de 18 0C, se transforme au contact d'un germe en[...]
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Écrit par
- Nino BOCCARA : directeur de recherche au C.N.R.S., professeur à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris, professeur à l'université de l'Illinois à Chicago
Classification
Pour citer cet article
Nino BOCCARA. MATIÈRE (physique) - Transitions de phase [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 10/02/2009
Médias
États désordonnés de la matière
Encyclopædia Universalis France
Condensation de la vapeur d’eau
Y. Gautier
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 521 mots
L'expérience quotidienne permet à chacun d'appréhender la notion d'état de la matière (parfois appelé phase) et celle de transition de phase qui lui est étroitement liée. L'exemple typique est celui des trois états si différents que prend l'eau lorsque sa température varie : à partir de 0 ...
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MATIÈRE, notion de
- Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
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Le mot « matière » cache sous sa généralité abstraite une origine concrète fort éclairante. En latin archaïque, materia appartient à la langue rustique et désigne la substance dont est fait le tronc de l'arbre, en tant qu'elle est productrice (de branches, de feuilles). L'élargissement successif...
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
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Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...
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...associé est bâti avec les antiquarks correspondants. Les mésons résultent de la liaison d'un quark et d'un antiquark. Dans cette description moderne, la matière est constituée par trois « générations » de quarks et de leptons, le nombre trois a été établi par les expériences du C.E.R.N. (laboratoire européen... -
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