A Les changements d'état
Le changement d'état d'un corps est une transformation physique au cours de laquelle le corps passe d'un état physique à un autre.
Un corps pur est un corps constitué d'une seule espèce chimique, contrairement à un mélange. Sous une pression donnée, le changement d'état d'un corps pur se fait à une température constante, caractéristique de ce corps pur. Cette température est appelée température de changement d'état.
B Les diagrammes d'état
Connaissant sa température et sa pression, on peut prévoir l'état physique d'un corps pur en utilisant son diagramme d'état, qui est une représentation graphique en deux dimensions (pression en fonction de la température). On peut y voir trois lignes, qui représentent les frontières entre l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux.
Dans le cas de l'eau, les changements d'état correspondent à des ruptures (lors de la vaporisation) ou à l'établissement (lors de la liquéfaction) de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau.
EXEMPLE
Soit un corps pur dont le diagramme d'état est ci-contre. Il est initialement à la pression PA et à la température θA. D'après le diagramme, ce corps pur est à l'état liquide. On le chauffe à pression constante. Sa température augmente jusqu'au point B situé à la frontière entre l'état liquide et l'état gazeux. Au point B, le corps se vaporise à la température θB, qui est la température de vaporisation de ce corps pur à la pression PA. Dès lors, si l'on poursuit le chauffage, le corps pur est entièrement à l'état gazeux et sa température augmente.
C Les énergies massiques de changement d'état
Pendant un changement d'état de l'état 1 vers l'état 2, la variation d'énergie est égale à l'énergie thermique échangée avec le milieu extérieur. Elle dépend de la masse m du corps pur et de l'énergie massique de changement d'état L1→2 du corps pur :
m : la masse en kilogramme
Q = m × L1→2 L1→2 : l'énergie massique de changement d'état en joule par kilogramme (J.kg−1)
Q : l'énergie thermique échangée en joule (J)

REMarque
Il faut préciser le changement d'état considéré :
– le corps pur reçoit de l'énergie (L1→2 > 0) lors d'une fusion, d'une vaporisation ou d'une sublimation (passage vers un état moins organisé) ;
– inversement, le corps pur cède de l'énergie (L1→2 < 0) lors d'une condensation, d'une liquéfaction ou d'une solidification (passage vers un état plus organisé).
LS→L = – LL→S ; LL→G = – LG→L ; LS→G = – LG→S.
EXEMPLE
On fait fondre une masse m = 45 g = 0,045 kg de glaçons à 0 °C. LS→L = 334 kJ.kg–1.
Les glaçons vont recevoir une énergie Q = m × LS→L = 0,045 × 334 = 15 kJ.
D La variation d'énergie lors d'une variation de température
Lorsque la température d'un matériau dans un seul état physique passe de la température initiale Ti à la température finale Tf, il se produit un échange d'énergie thermique Q avec le milieu extérieur.
Q est proportionnelle à la différence de température (Tf – Ti), à la masse m de phase condensée et à la capacité thermique massique c de la phase condensée (plus c est grande, moins la variation de température est élevée pour une même masse) :
EXEMPLE
L'eau liquide produite par la fonte des glaçons à 0 °C reçoit ensuite une énergie thermique Q = 3,0 kJ. ceau = 4,2 J.g–1.K–1.
On peut alors calculer la température finale de l'eau.
La formule Q = m × ceau × (Tf – Ti) permet d'écrire (Tf – Ti) = Q/m × ceau.
Soit Tf = Ti + Q/m × ceau = 0 + 3,0 × 103/(45 × 4,2) = 16 °C.
remarque
Lorsqu'un corps reçoit de l'énergie thermique du milieu extérieur, son énergie augmente, ce qui se traduit soit par une élévation de température, soit par un changement d'état, soit par une élévation de température et un changement d'état.