Le changement d’état d’une substance est un changement physique dans une matière. Ces changements s’adaptent aux changements réversibles, c’est-à-dire les changements qui peuvent être modifiés d’un état physique à un autre. Il n’implique aucun changement chimique. Les changements se produisent en raison des variations observées dans la température ou la pression d’une substance. Par exemple, en augmentant la température, l’interaction intramoléculaire entre les particules augmente, par conséquent, la substance se déplace plus librement. En diminuant la température, les substances se déposent dans une structure fixe et rigide. Régis par les trois états de la matière, les différents processus rencontrés dans le cycle sont la fusion, la congélation, la sublimation, le dépôt, la condensation et la vaporisation.
Les changements de phases d’une substance entraînent une modification de la composition d’une substance. Les solides ont des structures rigides et des volumes fixes. En effet, dans les solides, les forces d’attraction intramoléculaires sont plus fortes que celles des liaisons hydrogène. Ceci est en comparaison complète avec l’état du gaz qui n’a ni volume défini ni forme définie. Parce que les particules sont faiblement liées les unes aux autres et autorisées à se déplacer et à se transmettre dans toutes les directions. Il se dilate jusqu’à ce qu’il occupe le conteneur complet dans lequel il est placé.
Lorsque la chaleur est libérée à travers le système, la transition se produit de l’état gazeux vers l’état solide. Par exemple, la glace lors du refroidissement entraîne la transformation à l’état solide (glace).
Gelé
Les particules à l’état liquide d’un solvant sont faiblement couplées les unes par rapport aux autres. C’est un indicateur des faibles forces d’attraction entre les particules que de l’état solide. La congélation est un état de liquide où la température du système est abaissée en dessous du point de congélation du solide. Par conséquent, il s’agit d’une transition de phase où un liquide se transforme en un état solide. Pour résumer, la congélation est le changement de phase de solidification du contenu liquide d’une substance, qui se produit principalement en raison du refroidissement d’une substance.
La congélation est une réaction exothermique, c’est-à-dire que la chaleur est libérée pendant le processus de congélation. La congélation est également connue sous le nom de solidification.
Exemples de congélation :
- Congélateur
- Antigel
- Des surgelés
- Chute de neige
- Flocons de neige
- Glace de mer
Pourquoi le gel se produit?
La congélation d’un solide se produit lorsque l’énergie thermique transférée aux molécules du système au cours du processus de conversion de l’état solide à l’état liquide est comparativement supérieure à son énergie potentielle maintenant les particules ensemble sous la forme d’un réseau cristallin d’un solide. Cette énergie potentielle de la substance indique l’énergie de réseau du solide.
Lorsque nous diminuons la température d’une substance, la chaleur est libérée du système. Il en résulte une extraction de chaleur et une baisse de pression. Les particules formant la substance perdent leur énergie cinétique et se rapprochent plus étroitement. Ceci est suivi par l’augmentation de l’énergie potentielle du système. Le système atteint lentement un état stable. La conversion en solide se produit donc.
Point de congélation
Le point de congélation d’une substance est la température à laquelle un liquide se transforme en un état solide. Tous les liquides possèdent une caractéristique à laquelle ils gèlent et se transforment à l’état solide. L’augmentation de la pression augmente les points de congélation. Les mélanges et les composés organiques possèdent un point de congélation inférieur par rapport au point de fusion.
Différents liquides ont des points de congélation différents, comme illustré dans le tableau ci-dessous :
| Solvant | Formule | Point de congélation (°C) |
| L’eau | H2O | 0.0 |
| Acide acétique | CH3COOH | 17,0 |
| Benzène | C6H6 | 5.5 |
| Chloroforme | CHCl3 | -63,5 |
| Éthanol | C2H5OH | -114,7 |
| Phénol | C6H5OH | 43,0 |
Facteurs affectant le point de congélation d’un liquide
Les différents facteurs affectant le point de congélation d’un liquide sont les suivants :
- Types de molécules
Les particules formant un liquide affectent le point de congélation du liquide. Les forces d’attraction intermoléculaires sont directement proportionnelles au point de congélation. Par exemple, les forces d’attraction intermoléculaires entre les molécules du liquide sont faibles, par conséquent, son point de congélation est bas. - Pression
Lorsque la pression d’une substance est abaissée en dessous de 1 atm, le gel se produit. Cependant, dans le cas de l’eau, plus la pression est élevée, plus le point de congélation est bas, c’est-à-dire qu’elles sont inversement proportionnelles les unes aux autres. - Types de changements
Les changements physiques et chimiques affectent le point de congélation d’une substance. Par exemple, le point de congélation d’un solvant diminue lorsqu’on y mélange une autre substance soluble. Il s’agit d’un changement chimique. De même, la modification de la pression abaisse le point de congélation.
Température de fusion
La chaleur est extraite du liquide contenu dans le système afin de le congeler. Certains liquides peuvent être surfondus, c’est-à-dire que ces liquides peuvent être refroidis en dessous du point de congélation. C’est l’état où les cristaux solides ne se forment pas. Lorsque nous plaçons un cristal germe dans un liquide en surfusion, la congélation est initiée et déclenchée. Lorsque la chaleur de fusion est libérée, la température s’élève rapidement jusqu’au point de congélation.
Liquide surfondu
La surfusion est le processus de refroidissement du liquide, au-delà de son point de congélation de sorte que le liquide ne passe pas à l’état solide. C’est la phase à laquelle le liquide ne se solidifie pas même en le soumettant à un point au-delà de son point de congélation. Pour la plupart des substances, les points de congélation et de fusion d’une substance sont équivalents. Certaines substances se refroidissent au-delà de leur point de congélation tout en conservant leur phase liquide. Ceux-ci sont appelés liquides surfondus.
Exemples- Les nuages à haute altitude sont une collection de gouttelettes d’eau surfondues, toutes ont collaboré en dessous de leur point de congélation.
Exemples de questions
Question 1 : Faire la différence entre le point de congélation et le point de fusion ?
Réponse:
| Point de congélation | Point de fusion | |
| Définition | La température à laquelle un liquide change d’état en un solide. | La température à laquelle le solide passe à l’état liquide. |
| Pureté du produit fini | Semblable au point de fusion de la même substance, cependant, peut légèrement varier | Similaire au point de congélation de la même substance, mais peut légèrement varier |
| Entropie | Diminue | Augmente |
Question 2 : Quels éléments ont le point de congélation le plus élevé ?
Réponse:
Le point de congélation le plus élevé est celui de l’élément Tungstène avec le taux de fusion le plus élevé, correspondant à 3695 K.
Question 3 : Un récipient en verre contenant de la glace a des gouttelettes d’eau recueillies sur la surface extérieure. Expliquer.
Réponse:
L’eau froide contenue dans un récipient en verre se refroidit. La vapeur d’eau contenue dans l’air entre en contact avec la paroi du récipient en verre. En raison de la basse température de la vapeur, le liquide se forme sous forme de gouttelettes d’eau sur la surface extérieure. Ce processus est connu sous le nom de condensation.
Question 4 : Qu’est-ce que la dépression du point de congélation ?
Réponse:
La dépression du point de congélation est appelée diminution de la température à laquelle une substance gèle, ce qui se produit lorsqu’une plus petite quantité d’une autre substance non volatile est ajoutée au système. Ce concept peut être visualisé facilement dans la vie quotidienne, notamment l’ajout de sel dans l’eau (utilisé dans les sorbetières et pour le déglaçage des routes), le mélange de deux impuretés dans un médicament en poudre fine ou de l’alcool dans l’eau.
Question 5 : Expliquez pourquoi l’eau sous forme de glace a un effet rafraîchissant, alors que l’eau sous forme de vapeur peut provoquer de graves brûlures.
Réponse:
Dans l’état solide de la glace, les molécules d’eau possèdent une faible énergie alors que dans le cas de la vapeur, les molécules d’eau possèdent une énergie élevée. La haute énergie de la vapeur d’eau sous forme de vapeur est transférée au corps et peut provoquer des brûlures, alors que, dans le cas de la glace, la réaction est exothermique, où les molécules d’eau prennent de l’énergie du corps, et donc, un effet de refroidissement est senti.
Question 6 : Formule pour l’abaissement du point de congélation et ses exemples.
Réponse:
Dépression du point de congélation = ΔTF = KF × b × i
où,
ΔTF = abaissement du point de congélation
KF = constante cryoscopique
b = molalité
i = facteur de van ‘t Hoff.
Exemples:
- Saler les routes glacées.
- Antigel naturel : Survie par temps froid.
- Liquides de radiateur dans les automobiles.
Question 7 : Différencier le point de congélation et le point d’ébullition ?
Réponse:
Point d’ébullition:
- La température à laquelle la pression de vapeur d’un liquide est considérée comme équivalente à la pression entourant le liquide où il est converti en vapeur.
- Différents liquides possèdent des points d’ébullition variables en fonction de leur « pression environnementale ».
- Par exemple, le BP de ‘l’eau’ est de 100o C
Point de congélation:
- La température à laquelle une substance subit la transformation du liquide en solide.
- Le point de congélation et la pression sont directement proportionnels l’un à l’autre.
- Par exemple, le point de congélation de l’eau est de 0o C
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