🌡️ Palier de température : corps pur ou mélange ?
Un thermomètre peut-il savoir si ton eau est pure ? Oui, s'il est patient ! Plonge deux tubes dans un bain glacé et regarde leurs courbes de température : le corps pur s'arrête net sur un palier, le mélange glisse sans jamais se poser. À toi de démasquer l'échantillon mystère.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Pendant la solidification de l'eau pure, la température reste bloquée à 0 °C : la courbe fait un palier horizontal, surligné en orange, alors que le bain est bien plus froid.
- L'eau salée commence à geler vers −1,9 °C, puis sa température continue de baisser : la glace qui se forme est de l'eau pure, le liquide restant est de plus en plus salé et gèle de plus en plus bas.
- Le palier dure d'autant plus longtemps que l'échantillon est lourd : il faut évacuer l'énergie Q = m × L, toujours au même rythme.
- Quand on réchauffe le solide, il fond… à la même température : la température de fusion d'un corps pur est la même que sa température de solidification.
Expériences à faire
- Mets de l'eau pure dans les deux tubes, 20 g et 60 g : les paliers sont-ils à la même température ? Lequel dure 3 fois plus longtemps ?
- Compare l'acide stéarique (corps pur) et la paraffine (mélange) en partant de 85 °C : lequel fait un vrai palier ?
- Pendant un palier, remonte la température du bain au-dessus de 0 °C : que devient la glace ?
- Choisis l'échantillon mystère, refroidis-le jusqu'à −20 °C et réponds : corps pur (lequel ?) ou mélange ?
- Avec « ✏️ Mes valeurs », invente ton propre corps pur ou ton propre mélange et prévois l'allure de sa courbe avant de lancer l'expérience.
La chimie derrière l'animation
- Un corps pur change d'état à température constante (à pression fixée) : la courbe θ(t) présente un palier. Un mélange change d'état sur un intervalle de températures : pas de palier.
- La température du palier est caractéristique du corps pur : θfus = 0 °C pour l'eau, 69,3 °C pour l'acide stéarique… C'est un moyen de l'identifier.
- Équation d'un changement d'état : H2O(l) → H2O(s) (solidification, exothermique) ; H2O(s) → H2O(l) (fusion, endothermique).
- Énergie échangée pendant le changement d'état : Q = m × L (m en kg, L en J/kg). Solidification : Q = −m × L < 0, le système cède de l'énergie. Pour 20 g d'eau : Q = −0,020 × 334 = −6,68 kJ.
- Modèle de l'animation : l'échantillon échange avec le bain la puissance P = k × (θbain − θ) (loi de Newton), d'où un palier de durée Δt = m × L / (k × |θbain − θfus|). Pas de surfusion.
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