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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 9 — #17
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LES ÉTATS DE LA MATIÈRE
liquides bénéficiant d’importantes forces de cohésion internes ont souvent une viscosité élevée. Il est cependant difficile de prédire la viscosité parce qu’elle ne dépend pas seulement
de la force des interactions, mais aussi de l’aptitude des molécules liquides à changer de
position lorsque le fluide s’écoule. Nous citerons à titre d’exemple le glycérol liquide, ou
propane-1,2,3-triol, dont les molécules sont fortement associées par liaison hydrogène (cette
interaction attractive est décrite au chapitre 5, Forces intermoléculaires) et se révèlent lentes
à former de nouvelles liaisons hydrogène lorsque le fluide s’écoule. À titre de comparaison,
l’eau liquide se révèle peu visqueuse alors que les molécules sont largement liées par liaisons hydrogène. Dans le cas de l’eau, les molécules sont capables de réajuster rapidement le
système de liaisons hydrogène qu’elles établissent avec les molécules voisines. La viscosité
diminue habituellement lorsque la température augmente. Ainsi, l’eau s’écoule à travers un
tube six fois plus vite à 100 °C qu’à 0 °C.
Pression de vapeur saturante d’un liquide
Nous envisageons un liquide A pur placé dans un cylindre fermé et maintenu à la température
T . Le cylindre est muni d’un piston initialement au contact de la surface du liquide. En exerçant une force de traction sur le piston de façon à créer un espace vide au-dessus du liquide,
on constate l’apparition de A à l’état gazeux au-dessus du liquide, remplissant l’espace dégagé par le mouvement du piston. La pression du gaz A situé au-dessus du liquide se stabilise
à une valeur constante qui ne dépend que de la nature du liquide et de la température.
On appelle pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur) d’un liquide A pur, et on
note p ∗ (A) (ou p sat (A)), la pression du gaz sous laquelle on observe la coexistence entre la
forme liquide et la forme gazeuse de A.
Définition
Plus la valeur numérique de la pression de vapeur saturante p ∗ est élevée, plus le liquide présente une forte aptitude à se transformer en gaz. À une température donnée, plus cette pression est élevée, plus le liquide est qualifié de volatil. À titre d’exemple, la pression de vapeur
saturante de l’éther diéthylique est égale à 587 mbar à θ = 20 °C tandis que la pression de
vapeur saturante de l’eau est égale à 23 mbar à la même température. L’éther diéthylique se
révèle donc être un liquide bien plus volatil que l’eau, cette conclusion est facilement vérifiable expérimentalement en laissant une bouteille d’éther diéthylique ouverte : en quelques
heures la totalité de l’éther diéthylique se sera évaporée.
Cas particulier : les liquides ioniques
Les solvants liquides sont massivement utilisés dans l’industrie chimique (extraction de produits naturels, synthèse organique). De nombreux solvants présentent des risques d’intoxications car ils possèdent une pression de vapeur saturante élevée : à l’état liquide ils sont par
conséquent capables d’émettre une quantité notable de molécules à l’état gazeux. On a développé une nouvelle classe de liquides appelés liquides ioniques. Ces liquides sont capables
de dissoudre des composés organiques mais se retrouvent très peu à l’état gazeux. Un liquide
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LES ÉTATS DE LA MATIÈRE
liquides bénéficiant d’importantes forces de cohésion internes ont souvent une viscosité élevée. Il est cependant difficile de prédire la viscosité parce qu’elle ne dépend pas seulement
de la force des interactions, mais aussi de l’aptitude des molécules liquides à changer de
position lorsque le fluide s’écoule. Nous citerons à titre d’exemple le glycérol liquide, ou
propane-1,2,3-triol, dont les molécules sont fortement associées par liaison hydrogène (cette
interaction attractive est décrite au chapitre 5, Forces intermoléculaires) et se révèlent lentes
à former de nouvelles liaisons hydrogène lorsque le fluide s’écoule. À titre de comparaison,
l’eau liquide se révèle peu visqueuse alors que les molécules sont largement liées par liaisons hydrogène. Dans le cas de l’eau, les molécules sont capables de réajuster rapidement le
système de liaisons hydrogène qu’elles établissent avec les molécules voisines. La viscosité
diminue habituellement lorsque la température augmente. Ainsi, l’eau s’écoule à travers un
tube six fois plus vite à 100 °C qu’à 0 °C.
Pression de vapeur saturante d’un liquide
Nous envisageons un liquide A pur placé dans un cylindre fermé et maintenu à la température
T . Le cylindre est muni d’un piston initialement au contact de la surface du liquide. En exerçant une force de traction sur le piston de façon à créer un espace vide au-dessus du liquide,
on constate l’apparition de A à l’état gazeux au-dessus du liquide, remplissant l’espace dégagé par le mouvement du piston. La pression du gaz A situé au-dessus du liquide se stabilise
à une valeur constante qui ne dépend que de la nature du liquide et de la température.
On appelle pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur) d’un liquide A pur, et on
note p ∗ (A) (ou p sat (A)), la pression du gaz sous laquelle on observe la coexistence entre la
forme liquide et la forme gazeuse de A.
Définition
Plus la valeur numérique de la pression de vapeur saturante p ∗ est élevée, plus le liquide présente une forte aptitude à se transformer en gaz. À une température donnée, plus cette pression est élevée, plus le liquide est qualifié de volatil. À titre d’exemple, la pression de vapeur
saturante de l’éther diéthylique est égale à 587 mbar à θ = 20 °C tandis que la pression de
vapeur saturante de l’eau est égale à 23 mbar à la même température. L’éther diéthylique se
révèle donc être un liquide bien plus volatil que l’eau, cette conclusion est facilement vérifiable expérimentalement en laissant une bouteille d’éther diéthylique ouverte : en quelques
heures la totalité de l’éther diéthylique se sera évaporée.
Cas particulier : les liquides ioniques
Les solvants liquides sont massivement utilisés dans l’industrie chimique (extraction de produits naturels, synthèse organique). De nombreux solvants présentent des risques d’intoxications car ils possèdent une pression de vapeur saturante élevée : à l’état liquide ils sont par
conséquent capables d’émettre une quantité notable de molécules à l’état gazeux. On a développé une nouvelle classe de liquides appelés liquides ioniques. Ces liquides sont capables
de dissoudre des composés organiques mais se retrouvent très peu à l’état gazeux. Un liquide
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