L’énergie massique de changement d’état



Cours de chimie niveau seconde –2. Modélisation des transformations de la matière et transfert d’énergie– B) Transformations physiques


Définitions

L’énergie massique de changement d’état d’une espèce chimique correspond à l’énergie thermique échangée lorsqu’un kilogramme de corps pur subit un changement d’état à la température de changement d’état.

On associe une énergie massique de changement d’état pour la fusion, la vaporisation, la liquéfaction et la solidification:

L’énergie massique de fusion est l’énergie thermique échangée par un kilogramme de corps pur pendant une fusion, l’énergie massique de vaporisation correspond à l’énergie thermique qu’échange un kilogramme de corps pur pendant une vaporisation etc…

Notation

L’énergie massique de changement d’état se note avec la lettre “L

Selon le changement d’état on peut préciser en indice s’il s’agit d’une fusion, d’une ébullition, d’une solidification ou d’une liquéfaction:

  • Lfusion ou Lfus pour l’énergie massique de fusion
  • Lvaporisation ou Lvap pour l’énergie massique de vaporisation
  • Lsolidification ou Lsol pour l’énergie massique de solidification
  • Lliquéfaction ou Lliq pour l’énergie massique de liquéfaction

L’espèce chimique à laquelle est relative l’énergie massique de changement d’état peut aussi être mentionnée entre parenthèse.

Par exemple l’énergie massique de vaporisation de l’eau peut être notée Lvaporisation(H2O) ou Lvaporisation(eau)

Unités

L’unité la plus courante (et préconisée par le système internationale d’unité) est le Joule par kilogramme de symbole J.kg-1.

Il arrive cependant parfois qu’elle soit aussi exprimée:

  • en kilojoule par kilogramme (kJ.kg-1)
  • en kilojoule par gramme (kJ.g-1)
  • en joule par gramme (J.g-1)

Signe de l’énergie massique de changement d’état

La fusion et la vaporisation sont des changements d’état endothermiques, de l’énergie thermique (Q) est reçue et associée à un signe positif (Q>0). Par conséquent les énergies massiques de fusion et de vaporisation sont aussi positives:

  • Lfusion > 0
  • Lvaporisation > 0

La liquéfaction et la solidification sont des changements d’état exothermiques, l’énergie thermique est cédée et associée à un signe négatif (Q<0). Par conséquent les énergies massique de liquéfaction et de solidification sont aussi négatives:

  • Lsolidification < 0
  • Lliquéfaction < 0

Calculer une énergie de changement d’état

L’énergie de changement d’état peut être exprimer grâce à la formule suivante:

Q = m x L

où:

  • Q est l’énergie de changement d’état (en Joule)
  • m est la masse de coprs pur qui change d’état (en kilogramme)
  • L est l’énergie massique de changement d’état du corps pur (en joule par kilogramme)

Exemple

La glace possède une énergie massique de fusion Lfus(eau) = 3,33.105 J.kg-1

Lorsque 50 g de glace fond ( m = 50 g = 0,050 kg) l’énergie échangée est donc:

Q = m x Lfus(eau)

Q = 0,050 x 3,33.105

Q = 1,67.104 J

Calculer une énergie massique de changement d’état

Si l’on connait l’énergie échangée lorsqu’une masse “m” de corps pur change d’état alors on peut déterminer l’énergie massique de changement d’état grâce à la relation:

formule de chaleur massique de changement d'état

où:

  • Q est l’énergie de changement d’état (en Joule)
  • m est la masse de coprs pur qui change d’état (en kilogramme)
  • L est l’énergie massique de changement d’état du corps pur (en joule par kilogramme)

Calculer la masse d’un corps ayant subit un changement d’état

Si l’on connait l’énergie massique de changemement d’état d’un corps pur ainsi que l’énergie qui a été échangée lors d’un changement d’état alors on peut déterminer la masse de corps pur qui a changé d’état grâce à la relation:

masse de corps pur changeant d'état

où l’on a toujours:

  • Q est l’énergie de changement d’état (en Joule)
  • m est la masse de corps pur qui change d’état (en kilogramme)
  • L est l’énergie massique de changement d’état du corps pur (en joule par kilogramme)

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