Enthalpie de changement d'état - Définition et Explications
L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de quantité de matière (mole) ou de masse (kg) d'un corps pour qu'il change d'état; cette transformation ayant lieu à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid...) et pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) constantes. Par exemple pour le passage de l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à l'état de vapeur () on parlera d'enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu pendant la transformation isobare d'un système...) de vaporisation.
L'enthalpie échangée lors du changement d'état résulte de la modification (rupture ou établissement) de liaisons interatomiques ou intermoléculaires. Il existe trois états physiques principaux pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) corps pur (En chimie, un corps pur est composé d'un seul type de constituant (contraire : mélange). Il existe plusieurs types de corps purs.): l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Les liaisons sont plus fortes dans l'état solide que dans l'état liquide et ces liaisons sont quasi-absentes dans l'état gazeux. Il existe un quatrième état obtenu à très haute température où la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) se trouve sous la forme d'un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant...) d'ions et d'électrons.
Par exemple, l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) bout à 100 °C sous la pression d'1 atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ( 1atm = 101325 Pascal). L'enthalpie de vaporisation de l'eau, égale à la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) fournie pour transformer l'eau liquide en vapeur, est de 2257 kJ/kg.
Enthalpies de changement d'état de diverses substances
| Corps simples solides |
Enthalpie de | |
|---|---|---|
| fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...) kJ/kg |
vaporisation kJ/kg |
|
| Aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse...) | 393 | |
| Antimoine (L'antimoine est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Sb (par abréviation du latin stibi ou stibium, du grec ancien...) | 163 | 1340 |
| Argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) | 103 | 2160 |
| Béryllium (Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4. Dans le tableau périodique, il est le premier représentant des métaux...) | 1339 | |
| Bismuth (Le bismuth est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Bi et de numéro atomique 83.) | 43 | 858 |
| Cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.) | 45 | 1004 |
| Calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.) | 2430 | |
| Césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.) | 16 | |
| Chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) | 316 | |
| Cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de masse atomique 59.) | 259 | |
| Cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches...) | 205 | 4650 |
| Étain | 59 | 2600 |
| Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...) | 207 | |
| Gallium (Le gallium est un élément chimique, de symbole Ga et de numéro atomique 31. Sa température de fusion (29,76 °C) lui permet de fondre dans la main. On le trouve sous forme de trace dans le minerai de bauxite et...) | 80 | |
| Lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) | 137 | |
| Magnésium (Le magnésium est un élément chimique, de symbole Mg et de numéro atomique 12.) | 369 | 8450 |
| Manganèse (Le manganèse est un élément chimique, de symbole Mn et de numéro atomique 25.) | 101 | |
| Nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) | 298 | |
| Palladium | 152 | |
| Phosphore blanc (Le phosphore blanc (aussi appelé phosphore jaune) est un allotrope commun de l'élément chimique phosphore qui permet des utilisations militaires extensives comme agent incendiaire, agent de protection...) | 21 | 540 |
| Platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) | 114 | |
| Plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) | 23 | 920 |
| Rubidium (Le rubidium est un élément chimique, de symbole Rb et de numéro atomique 37.) | 26 | |
| Sélénium (Le sélénium est un élément chimique, de la famille des chalcogènes, de symbole Se et de numéro atomique 34.) | 56 | |
| Soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) clinorhombique | 39 | |
| Thallium (Le thallium est un élément chimique de symbole Tl et de numéro atomique 81.) | 15 | |
| Tellure (Le tellure est un élément chimique, de symbole Te et de numéro atomique 52. C'est un métalloïde du groupe des chalcogènes.) | 31 | |
| Zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) | 96 | 1820 |
| Autres substances | ||
| Méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est...) | 510 | |
| Éthane | 489 | |
| Propane (Le propane est un alcane linéaire de formule C3H8.) | 426 | |
| Butane (Le butane est un hydrocarbure saturé de la famille des alcanes de formule brute C4H10. Il existe sous 2 formes isomères, le butane ou n-butane et le 2-méthylpropane ou isobutane.) | 385 | |
| n-Pentane | 357 | |
| Isopentane | 339 | |
| n-Hexane | 337 | |
| n-Heptane | 320 | |
| n-Octane | 306 | |
| Éthylène | 483 | |
| Propylène (Le propylène ou propène (nomenclature IUPAC) est un produit chimique organique de formule chimique C3H6 ayant une double liaison. De ce fait, il est...) | 438 | |
| But-1-ène (Le but-1-ène est un alcène de formule brute C4H8.) | 391 | |
| Isobutène | 394 | |
| Cyclopentane (Le cyclopentane est un alcane cyclique à cinq carbone. C'est un des alcanes cycliques dont la tension de cycle est la plus faible.) | 390 | |
| Cyclohexane (Le cyclohexane est un hydrocarbure cyclique saturé de la famille des (mono)cycloalcanes de formule brute C6H12. Le cyclohexane est utilisé comme solvant apolaire dans l'industrie chimique, mais aussi comme...) | 358 | |
| Acétylène (L’acétylène (appelé éthyne par la nomenclature IUPAC) est un composé chimique hydrocarbure de la classe des alcynes de formule brute C2H2. Il a...) | 829 | |
| Benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également noté Ph-H, φ-H ou encore Ar-H. Ce composé organique incolore (il a d'ailleurs...) | 394 | |
| Toluène (Le toluène, également appelé méthylbenzène ou phénylméthane est un hydrocarbure aromatique sous la forme d'un liquide transparent, très répandu et utilisé comme produit de...) | 363 | |
| o-Xylène | 347 | |
| Cumène (Le cumène, isopropylbenzène ou 2-phénylpropane est un composé organique aromatique, présent dans le pétrole brut et raffiné.) | 312 | |
| Méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol, d’alcool de bois, de naphte de bois ou d’esprit de...) | 1100 | |
| Éthanol | 855 | |
| Propanol | 695 | |
| Isopropanol (L'isopropanol, ou alcool isopropylique est le nom commun pour le propan-2-ol, composé chimique sans couleur et inflammable dont la formule chimique est CH3CH(OH)-CH3. C'est l'un des deux isomères du...) | 667 | |
| n-Butanol | 591 | |
| Acétaldéhyde | 570 | |
| Acétone (L'acétone en chimie, (nom officiel IUPAC propanone, aussi connue sous les noms de diméthylcétone, 2-propanone, propan-2-one et béta-cétopropane), de formule chimique CH3COCH3 est le composé le plus simple de la...) | 521 | |
| Diéthyléther | 377 | |
| Essence automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence....) | 335 | |
| Eau | 330 | 2256 |
| Ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à...) | 1391 | |
Dans le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-contre, la chaleur de vaporisation correspond à la température d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) du corps sous une pression égale à l'atmosphère au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) (101,3 kPa).
Fusion des solides
L'entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite en 1865 par Rudolf Clausius dans le cadre du deuxième principe, d'après les travaux de Sadi Carnot. Clausius a montré que le...) molaire de fusion des métaux est comprise entre 4 et 16 kJ/(mol.K), sauf rare exception. Cette règle permet de connaître une valeur approchée de l'enthalpie de fusion, connaissant la température de fusion :
variation d'entropie molaire lors de la fusion en J/(mol.K)
température de fusion en K
masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) molaire en kg/mol
Histoire
On nommait autrefois chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de quantité de matière (mole) ou de masse (kg) d'un corps pour qu'il change d'état; cette transformation ayant...) cette grandeur, en référence à la vision substantialiste de la chaleur (considérée comme un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides...), une substance, immatérielle) qui était largement répandue jusqu'au XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans...) avec notamment les travaux de Joseph Fourier sur cette dernière.