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Êtes-vous bien en phase
par Claude MESNIL
Phases, constituant,
Réflexion sur quelques termes de thermodynamique.
Un groupe de professeurs, «Thermodio) («Didactique de la thermodynamique»), se réunit plusieurs fois par an pour réfléchir sur des questions de thermodynamique avec pour objectif de produire des «modules» d’aide à l’enseignement. Ces modules visent :
- à mieux faire percevoir les liens de la thermodynamique, science issue de I’expé- rience, avec le réel,
- à rendre les étudiants «opérationnels» dans cette discipline, de manière qu’ils puis- sent l’utiliser comme outil dans les autres branches scientifiques.
Pour vous procurer ces modules, écrire à :
M. Marc ONILLON, laboratoire de chimie du solide du CNRS, Université de Bor- deaux 1.33405 TALENCE Cedex.
Des discussions suivies et du module sur «Variante et degrés de liberté», rédigé par M. SOUSTELLE, sont issues les indications ou propositions suivantes.
M. SOUSTELLE est l’auteur d’un livre très intéressant, «Modélisation macroscopi- que des transformation physicochimiques» paru chez MASSON, éditeur.
DÉFINITION D’UNE PHASE
Par definition, une phase est toute région de l’espace dans laquelle toutes les grandeurs intensives sont des fonctions continues des coordonnées de I’espace.
EXEMPLES
- Tout mélange de gaz constitue la phase gaz.
- Pour les liquides : il y a une phase s’ils sont totalement miscibles, deux phases pour deux liquides partiellement miscibles ou totalement non miscibles.
- Pour les solides : souvent autant de phases que de solides ; il n’y a qu’une seule phase dans le cas de solution solide.
Le cas particulier important, car le plus fréquent (et sous-entendu dans les exem- ples précédents), est obtenu lorsque dans une telle région toutes les grandeurs intensi- ves ne dépendent plus des coordbnées de l’espace, la phase est dite uniforme.
Une phase uniforme est une @oo de l’espace dans laquelle toutes les grandeurs intensives ont la même valeur. En particulier les propriétés physiques (pression, tem- pérature, . .) et la composition chimique sont les mêmes en tout point.
B.U.P. no 742
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Une colonne d’air de grande hauteur voit sa masse volumique, sa pression et sa température varier avec l’altitude : elle constitue une phase non uniforme ; bien en- tendu, pour une faible hauteur, les variations de sa masse volumique et de sa pression avec l’altitude sont négligées, la température peut être uniforme, et la phase est consi- dérée uniforme.
Le même problème concerne un oxyde non stoechiométrique, comme l’oxyde de titane, Tif - x 0, dont.la composition varie de l’atmosphère d’oxygène au cœur de l’oxyde, mais qui constitue.une seule phase, mais non uniforme.
II convient donc de pas donner comme définition générale d’une phase celle, res- treinte, d’une phase uniforme.
II existe des systèmes dans lesquels, au sein d’une phase dite continue, sont dis- persés des éléments d’espace qui, théoriquement, constituent chacun une phase (exem- ple des gouttelettes de brouillard dans l’air) ; mais comme les propriétés intensives va- rient suivant les mêmes lois au sein de chacun de ces morceaux d’espace, tous ces élé- ments sont considérés appartenir à une même phase (appelée phase disperske).
Ainsi, plusieurs fragments d’un même solide appartiennent à la même phase solide.
ESPÈCE CHIMIQUE
Une espèce chimique est toute entité représentée par une formule chimique défi- me (molkcule, atome, ion, . ..).
Ex. : 02, 03, Zn, CH3, e- sont des espèces chimiques ; 02(g) et 02(l) sont deux états physiques de la même espèce chimique.
Par extension, c’est encore toute entité identifiable, même sans masse, dont la formation s’accompagne d’une variation d’énergie : site cristallographique vacant gtzy lacune) dans les cristaux ; électron manquant (appelé trou positif) dans un
Usuellement, le terme d’espèce chimique est synonyme de constituant.
ESPÈCE PHYSICOCHIMIQUE
Une espéee physicuchimique est une espèce chimique donnée dans une phase don- née et, pour un solide, sur un site cristallographique donné.
Ex. : Zn(g) et Zn(l), Brz(aq) et Brz(g), Zn2+ en position normale et Zn2+ en posi- tion interstitielle dans un cristal sont des couples de constituants physicochimiques différents.
SYSTÈME PHYSICOCHIMIQUE
Un système physicuchimique est déterminé par la liste des espèces chimiques qu’il renferme et des phases dans lesquelles elles se trouvent, c’est-à-dire par la liste
des espèces physicochimique!s présentes.
Vol. 86 - Mars 1992
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Deux états d’un même système physicochimique sont obtenus lorsque les mêmes espèces physicochimiques sont présentes, mais qu’une grandeur intensive au moins diffère d’un état à l’autre.
Des états d’un système physicochimique qui ne diffèrent que par la proportionna- lité des quantités de matière sont considérés comme un seul état du système physico- chimique.
Un glossaire de thermodynamique est en préparation, ii l’initiative de M. MAR- CHAND et PACAULT, professeurs a Bordeaux. Le document sera annoncé dans le B.U.P.
B.U.P. na 142
