L ’eau dans la planète Terre

1. L ’eau dans la planète Terre

2. Les changements de phase • Transitions de phase de l’eau • L’équation de Clausius Clapeyron • États d’équilibre et états métastables • Sursaturation • Surfusion • Mesures d’humidité dans l’air • Rapport de mélange. Humidités spécifique et relative • Propriétés de l’air humide sous-saturé.

3. Diagramme de phase solide + liquide liquide solide vapeur + liquide vapeur vapeur + solide

4. Températures critiquesPoints triples Il est impossible de condenser un gaz dont la température est supérieure à Tc. Les quantités pc, c, et Tc sont appelées constantes critiques. Les données pt, Tt sont appelées les données du point triple. Eau Air sec pc =220 598mb c =3.15 10-3m-3 kg-1 Tc = 647 K pt = 6,11 mb Tt = 0.0098 = 273,16 pc =37 691mb c =3 10-3m-3 kg-1 Tc = 132,3 K

5. Projection dans le plan p, T p pc Pc = 220 598 mb liquide Courbe de fusion ou solidification Courbe de vaporisation ou condensation Pt = 6.11 mb solide Point triple vapeur gaz T Courbe de sublimation ou condensation solide Tt= 0,0098 ºC Tc= 373,84 ºC

6. Projection dans le plan , Tcompression isotherme ps l g

7. Expérience On peut varier la proportion de liquide et de gaz du système en changeant la proportion de liquide et de gaz (variant le volume total du système) à température et pression constantes

8. Conditions d ’équilibre dans un système à plusieurs phases On peut déduire la condition d'équilibre des phases des postulats de la thermodynamique Équilibre thermique Équilibre mécanique Équilibre de masse entre les phases La quantité de masse de chaque constituant en moyenne ne varie pas

9. Phase stable à T, p La thermodynamique permet de prédire la phase stable d ’un système à une certaine température et pression. La phase dans laquelle un corps pur se trouve dépend de la température et de la pression. C ’est la phase pour laquelle l ’ énergie libre G est la plus faible.

10. Fonction d ’état pour le cas des changements de phase

11. Quelle est la phase stable ? Si la température et la pression sont constantes l ’énergie libre de Gibbs ne peut que décroître: La phase la plus stable est celle à laquelle correspond à l ’énergie de Gibbs la plus faible.

12. Variation de G avec T et pprocessus réversible et à l ’équilibre

13. Variation de G avec pprocessus réversible et isotherme L ’augmentation de la pression peut provoquer la liquéfaction du gaz La diminution de la pression peut provoquer la vaporisation du liquide

14. Variation de G avec Tprocessus réversible et isobare À pression constante le chauffage d ’un liquide peut provoquer sa vaporisation À pression constante le refroidissement d ’un gaz peut provoquer sa liquéfaction

15. G à température et pression constante Point d ’équilibre système à 2 phases gaz + liquide Le système contient les deux phases dans des proportions qui dépendent des autres variables d ’état.

16. G à température et pression constante On peut varier la proportion de liquide et de gaz du système en changeant la proportion de liquide et de gaz (variant le volume total du système) à température et pression constantes

17. G à température et pression constante ?

18. G à température et pression constante Une des conditions d ’équilibre entre les phases est l ’égalité de l ’énergie spécifique des deux phases en présence, ceci permet de prédire de diagramme de phases: vaporisation solidification sublimation

19. Pression de vapeur saturante La pression de vapeur saturante est la pression à laquelle une substance pure placée seule à une température donnée constante, est en équilibre avec sa vapeur. Dans le diagramme de phase p(T), la pression saturante du liquide sera la ligne d ’équilibre liquide - vapeur. De même la pression saturante du solide est donnée par la ligne d ’équilibre solide - vapeur

20. Chaleur latente ou de passage Les changements de phase sont toujours accompagnées de changement de volume spécifique Il s ’en suit que pendant un changement de phase: 1) Le système réalise du travail 2) De la chaleur est absorbée ou libérée par le système

21. Chaleur latente ou de passage La chaleur de passage dépend du type de changement de phase: 1) Chaleur latente de sublimation (ls) 2) Chaleur latente de fusion (lf) 3) Chaleur latente de vaporisation (lv)

22. Chaleur latente ou de passage Chaleur latente L: la chaleur libérée ou absorbée pendant le changement de phase d ’une certaine quantité de masse m Chaleur latentespécifique: la chaleur libérée ou absorbée par unité de masse pendant un changement de phase

23. Chaleur latente ou de passage Chaleur absorbée ou libérée par le système

24. Chaleur latente ou de passageet enthalpie La chaleur latente est égale à la différence entre les enthalpies de deux phases du système.

25. Relation entre les diverses chaleurs latentes À température constante, la chaleur de sublimation est égale à la somme de la chaleur de fusion et de la chaleur de vaporisation:

26. Chaleur latente ou de passageValeurs pour l ’eau Constantes ?

27. Chaleur latente ou de passagedépendance de la température Où T est en ºC

28. Chaleur latente ou de passagevariation avec la température

29. Chaleur latente ou de passagevariation avec la température Lois de Kirchhoff

30. Équation de Clausius - Clapeyron Établissons maintenant les courbes d ’équilibre entre les phases. Deux phases I et II d ’une substance sont en équilibre si:

31. Équation de Clausius - Clapeyron P (e) (g+dg)II p+dp (T+dT,p+dp) (g)II (g+dg)I p (T,p) (g)I T T T+dT

32. Équation de Clausius - Clapeyron

33. Équation de Clausius - Clapeyron ou Équation de Clausius Clapeyron

34. Équation de Clausius - Clapeyronvapeur saturée par rapport à un plan d ’eau pure et Équation de Clausius Clapeyron : vapeur d ’eau

35. Équation de Clausius - ClapeyronVapeur saturée par rapport à un plan de glace pure Considérant lvconstante, nous obtenons par intégration

36. B’ A’ esw Région d ’eau en état surfondu B A Sursaturation e esw Liq. Vap. Sol. Point triple esi T

37. Humidité dans l ’air Rapport de mélange = r Humidité spécifique = q Humidité relative = H (%)

38. Propriétés de l ’air humide non saturée «constante» spécifique Chaleur spécifique à pression constante Chaleur spécifique à volume constante Équation d ’état: Température virtuelle