Le palier du corps pur

En une phrase

Quand un corps pur change d'état, sa température ne bouge plus pendant tout le changement : sur le graphique, cela fait un palier (une ligne horizontale). Pour l'eau pure, ce palier est à 0 °C quand elle fond et à 100 °C quand elle bout. Un mélange, lui, n'a pas de palier net.

Comprendre

Quand on chauffe un corps pur régulièrement et qu'on mesure sa température au cours du temps, on obtient une courbe qui monte, puis s'arrête de monter pendant tout le changement d'état, puis remonte ensuite. Cette partie horizontale s'appelle un palier de température. Pendant le palier, la température reste constante même si on continue de chauffer : l'énergie apportée sert entièrement à faire changer d'état la matière, pas à l'échauffer.

Pour l'eau pure, sous la pression atmosphérique normale, la fusion donne un palier à 0 °C et l'ébullition un palier à 100 °C. Le palier n'existe que pour un corps pur : pour un mélange (par exemple de l'eau très salée), la température ne reste pas fixe pendant le changement d'état, elle continue de varier peu à peu, sans palier net. C'est très utile : puisque chaque corps pur a sa propre température de fusion et sa propre température d'ébullition, ces valeurs servent de carte d'identité pour reconnaître un corps pur et vérifier sa pureté.

Une eau qui fond exactement à 0 °C et bout exactement à 100 °C (sous la pression normale) se comporte comme de l'eau pure.

Le cours

Lorsqu'on suit la température d'un corps au cours d'un chauffage régulier, on trace une courbe température-temps. Pour un corps pur, cette courbe présente un palier pendant chaque changement d'état : la température monte, puis reste constante durant tout le changement d'état, puis remonte une fois le changement terminé. Ce palier signifie que, tant que le corps change d'état, la température n'augmente pas, même si on continue d'apporter de l'énergie : cette énergie sert à réaliser le changement d'état et non à élever la température.

Pour l'eau pure sous la pression atmosphérique normale, on observe un palier de fusion à 0 °C et un palier d'ébullition à 100 °C. Ce comportement est caractéristique des corps purs. Pour un mélange, il n'y a pas de palier franc : la température continue d'évoluer pendant le changement d'état.

Comme chaque corps pur possède une température de fusion et une température d'ébullition qui lui sont propres, ces températures constituent une véritable carte d'identité : elles permettent d'identifier un corps pur et de tester sa pureté. Si un échantillon d'eau fond à 0 °C et bout à 100 °C sous la pression normale, on peut conclure qu'il s'agit d'eau pure.

Les erreurs fréquentes

Pendant qu'un corps pur change d'état, sa température continue de monter puisqu'on chauffe.

Pendant le changement d'état d'un corps pur, la température reste constante (palier) : l'énergie apportée sert au changement d'état, pas à élever la température.

Tous les liquides, purs ou mélangés, présentent un palier de température quand ils changent d'état.

Seul un corps pur présente un palier net. Un mélange n'a pas de palier franc : sa température varie pendant le changement d'état.

Tu maîtrises la notion si…

• Reconnaître et interpréter le palier de température sur une courbe température-temps lors d'un changement d'état.
• Savoir que le palier caractérise un corps pur et donner les valeurs pour l'eau (0 °C fusion, 100 °C ébullition, sous la pression atmosphérique normale).
• Relier la température de fusion ou d'ébullition à l'identification d'un corps pur (carte d'identité), et expliquer l'absence de palier net pour un mélange.

Vérifie que tu as compris

1. En chauffant un liquide, on observe un palier de température bien net pendant son ébullition. Que peut-on en déduire ?

   Réponse C'est un corps pur

   Seul un corps pur présente un palier net pendant un changement d'état ; un mélange n'a pas de palier franc. La température de changement d'état est une carte d'identité du corps pur.

2. On chauffe de la glace pure : elle fond à 0 °C. Que fait la température pendant toute la fusion, tant qu'il reste de la glace ?

   Réponse Elle reste constante à 0 °C (palier)

   Pendant le changement d'état d'un corps pur, la température reste constante : c'est le palier. L'énergie apportée sert à changer l'état (faire fondre la glace), pas à élever la température, tant qu'il reste de la glace.

3. Un liquide inconnu, chauffé sous la pression atmosphérique normale, présente un palier bien net à 78 °C pendant son ébullition. Sachant que l'eau pure bout à 100 °C, que peut-on dire ?

   Réponse C'est un corps pur, mais ce n'est pas de l'eau

   Un palier net signale un corps pur, et la température de changement d'état est sa carte d'identité. L'eau pure bout à 100 °C : un palier à 78 °C correspond donc à un autre corps pur, pas à de l'eau.