• Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique
• Cette espèce chimique peut exister sous une ou plusieurs phases (états)
• Les 3 états les plus connus sont : liquide, solide et gazeux
• L'eau est un corps pur (molécules H₂O) qui peut exister sous forme solide (glace), liquide (eau) ou gazeuse (vapeur)

• Le diagramme d'état d'un corps pur est un graphique qui indique l'état physique du corps pur en fonction de la température (T) et de la pression (P) à l'équilibre
• Il est représenté dans le plan (T, P)
• Les différentes régions du diagramme correspondent à des états ou des coexistences d'états :

Surfaces : Systèmes monophasés

• . Le corps pur existe sous un seul état (solide, liquide ou gazeux). Ces systèmes sont bivariants : deux variables intensives (comme T et P) sont nécessaires pour décrire l'état. Si T est choisie, il y a plusieurs pressions possibles pour cet état

Lignes (courbes d'équilibre biphasé) : Systèmes biphasés

• Deux états/phases du corps pur peuvent coexister à l'équilibre. Ces systèmes sont monovariants : si T est choisie, P est fixée (les deux sont liées). Seule une variable intensive est nécessaire
• Ces courbes représentent les transitions de phase
• On y trouve les courbes de transition solide-vapeur, solide-liquide et liquide-vapeur
• La courbe liquide-vapeur est appelée courbe de pression de vapeur saturante

Points :

• Point Triple (T) : C'est l'unique point où les 3 états/phases (solide, liquide, gazeux) du corps pur coexistent à l'équilibre. La température et la pression sont fixées à ce point. Le système est zérovariant : aucune variable intensive ne peut être choisie. Pour l'eau, le point triple est à 273,16 K et 611 Pa
• Point Critique (C) : C'est le point le plus extrême de la courbe liquide-vapeur. Au-delà du point critique, il n'y a plus de transition distincte entre le liquide et le gaz (pas d'interface visible). Le fluide est dit supercritique

• Au cours d'un changement d'état (à pression fixée), la température et la pression restent constantes tant que les deux phases coexistent
• Pression de vapeur saturante Psat(T) : Pour une température T fixée, c'est la pression à laquelle les phases liquide et gazeuse coexistent en équilibre. C'est la pression de changement d'état liquide-vapeur à cette température. Il n'existe pas de liquide à P < Psat(T) ; si P > Psat(T), le corps pur est nécessairement liquide
• Température de changement d'état T(P) : Pour une pression P fixée, c'est la température à laquelle les phases liquide et gazeuse coexistent en équilibre. C'est la température de vaporisation/liquéfaction à cette pression
• Un système peut exister hors équilibre (retard au changement de phase)

• L'enthalpie (H) est une fonction d'état utile pour les processus à pression constante : H = U + P × V
• La variation d'enthalpie (ΔH) correspond à la quantité de chaleur (Q) échangée à pression constante : ΔH = Qp. C'est l'énergie gagnée autrement que par le travail des forces pressantes
• L'enthalpie de changement d'état (ΔH₁→₂) est l'énergie absorbée ou libérée par transfert thermique lorsqu'un corps pur passe de l'état ϕ₁ à l'état ϕ₂ à température et pression constantes
• Elle est parfois notée chaleur latente (L₁→₂)
• ΔH est positive pour les processus endothermiques (qui absorbent de l'énergie, ex: fusion, vaporisation)
• ΔH est négative pour les processus exothermiques (qui libèrent de l'énergie, ex: solidification, liquéfaction)
• L'enthalpie de fusion est positive et égale en valeur absolue à l'enthalpie de solidification (négative)
• La variation massique d'enthalpie (Δh₁→₂) est l'enthalpie de changement d'état rapportée à 1 kg du corps pur. Son unité est le Joule par kilogramme (J.kg⁻¹). On la note souvent avec une minuscule 'h'.

• Pour calculer la quantité de chaleur nécessaire pour un changement d'état ou une variation de température, on décompose le processus en étapes :
• Étape 1 : Variation de température d'une phase (pas de changement d'état)

S'applique si le système reste dans une seule phase (solide, liquide ou gazeux) et que sa température change.

• Formule : Q = m × c × (T₂ - T₁)
• Q : quantité de chaleur (en Joules)
• m : masse du corps pur (en kg)

c : capacité thermique massique de la substance dans cette phase (en J.kg⁻¹.°C⁻¹ ou J.kg⁻¹.K⁻¹) Cette valeur est spécifique à la phase (ex: c glace ≠ c eau liquide ≠ c vapeur).

• (T₂ - T₁) : variation de température (en °C ou K)

Note : Pour un système incompressible et indilatable (phases condensées), c = Cv = Cp

• Étape 2 : Changement d'état (température et pression constantes)

S'applique lorsque le corps pur change de phase (ex: solide vers liquide, liquide vers gaz) à sa température de changement d'état.

Formule : Q = m × Δh₁→₂

• Q : quantité de chaleur (en Joules)
• m : masse du corps pur qui change d'état (en kg)
• Δh₁→₂ : enthalpie massique de changement d'état pour la transition considérée (ex: fusion, vaporisation) (en J.kg⁻¹)

Calcul de la chaleur totale pour un processus multi-étapes : La chaleur totale est la somme des chaleurs calculées pour chaque étape successive (chauffage d'une phase, changement d'état, chauffage d'une autre phase, etc.)

• Exemple (chauffage de glace à vapeur) :

1. Chauffer la glace de Tᵢ (glace) à 0°C : Q₁ = m × c(glace) × (0 - Tᵢ)
2. Faire fondre la glace à 0°C : Q₂ = m × Δh(fusion)
3. Chauffer l'eau liquide de 0°C à 100°C : Q₃ = m × c(eau liquide) × (100 - 0)
4. Vaporiser l'eau à 100°C : Q₄ = m × Δh(vaporisation)
5. Chauffer la vapeur de 100°C à Tբ (vapeur) : Q₅ = m × c(vapeur) × (Tբ - 100)

Chaleur totale : Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

• L'analyse thermique est une technique où une propriété change avec la température
• Une courbe d'analyse thermique typique représente la température (T) d'un corps pur en fonction du temps (t), lorsque le corps est soumis à un flux thermique constant (Q = Ф × Δt, donc le temps est proportionnel à l'énergie apportée)
• Sur ces courbes, les paliers de température constante correspondent aux changements d'état. Pendant ces paliers, l'énergie apportée (chaleur) est entièrement utilisée pour la transformation de phase, et non pour augmenter la température
• Les sections où la température augmente correspondent au chauffage d'une phase spécifique

• Elle permet de calculer l'enthalpie massique de changement d'état
• Formule : Δh₁→₂(T₁) = T₁ × (v₂ – v₁) × d(Psat)/dT
• T₁ : Température du changement d'état (en Kelvin)
• v₁ et v₂ : volumes massiques des phases 1 et 2
• d(Psat)/dT : dérivée de la pression de vapeur saturante par rapport à la température.
• Remarque : Bien que mentionnée, cette formule n'est pas utilisée dans les exemples de calculs simples fournis, qui se basent sur les valeurs tabulées de Δh

• Pour un système au repos macroscopique, la variation de l'énergie interne (ΔU) est égale à la somme des énergies échangées par transfert thermique (Q) et par travail (W) : ΔU = Q + W
• Pour un système en évolution monobare (pression constante), la variation d'enthalpie (ΔH) est égale à la somme des énergies échangées par transfert thermique : ΔH = ∑(Qext)

• Q = m × c × ΔT (Chaleur pour changer la température d'une phase)
• Q = m × Δh (Chaleur pour un changement d'état
• ΔH = Qp (Variation d'enthalpie à pression constante)
• ΔU = Q + W (Premier Principe)

• Corps pur : Une seule espèce chimique.
• États (ou phases) : Solide, liquide, gazeux.
• Diagramme d'état (P, T) : Graphique T vs P montrant l'état.
• Variables d'état : P, V, T, n décrivant l'état.
• Équilibre thermodynamique : Variables d'état constantes.
• Système monophasé : Une seule phase (bivariant).
• Système biphasé : Deux phases coexistantes (monovariant).
• Courbe d'équilibre biphasé : Ligne sur le diagramme (P, T) où deux phases coexistent.
• Pression de vapeur saturante (Psat(T)) : Pression de coexistence liquide-gaz à T fixée.
• Température de changement d'état : Température de coexistence à P fixée.
• Point critique (C) : Fin de la courbe liquide-gaz ; au-delà, fluide supercritique.
• Fluide supercritique : État au-delà du point critique.
• Point triple (T) : Point unique où solide, liquide et gaz coexistent (zérovariant).
• Enthalpie (H) : H = U + PV. Utile à P constante.
• Variation d'enthalpie (ΔH) : Chaleur échangée à P constante.
• Enthalpie de changement d'état (ΔH₁→₂) : Énergie absorbée/libérée pendant le changement de phase à T et P constantes.
• Chaleur latente (L₁→₂) : Synonyme d'enthalpie de changement d'état.
• Processus endothermique : Absorbe de l'énergie (ΔH > 0).
• Processus exothermique : Libère de l'énergie (ΔH < 0).
• Enthalpie massique de changement d'état (Δh₁→₂) : ΔH rapportée à 1 kg (en J.kg⁻¹).
• Analyse thermique : Technique mesurant un changement de propriété avec T.
• Courbe d'analyse thermique (T=f(t)) : Température vs temps avec flux thermique constant. Les paliers indiquent les changements d'état.
• Quantité de chaleur (Q) : Énergie transférée par transfert thermique.
• Capacité thermique massique (c) : Chaleur pour élever la T de 1 kg de 1 degré.