Solidification et fusion de l'eau pure

On étudie les variations de la température au cours d’une solidification.

• Expérience
L’eau est placée dans un tube à essais lui-même plongé dans un mélange réfrigérant (doc. 1) constitué de glace pilée et de sel (sa température est inférieure à 0 °C).
La température est mesurée à l'aide d'un thermomètre électronique et notée à intervalles de temps réguliers mesurés à l’aide d’un chronomètre.
L'eau utilisée est la plus pure possible : il s'agit d'eau distillée.


• Montage
On réalise le montage ci-dessous :

Doc. 1. Montage pour mesurer l'évolution de
la température lors de la solidification de l'eau.
• Mesures
On mesure la température de l'eau toutes les minutes. Ces valeurs sont présentées dans le tableau ci-dessous :

 

Doc. 2. Mesures.

Ces résultats (doc. 2) permettent de tracer la courbe montrant l'évolution de la température au cours du temps (doc. 3) :

 

Doc. 3. Évolution de la température au cours du temps.

• Observations
On observe qu'au contact du mélange réfrigérant, la température de l’eau diminue : l'eau se refroidit.
Lorsque la température atteint 0 °C, elle cesse temporairement de diminuer : la glace commence à apparaitre durant cette période.
Tant que l'eau liquide ne s'est pas entièrement transformée en glace, la température reste égale à 0 °C.
Sur le graphique précédent, ce phénomène correspond à la portion de droite horizontale que l'on appelle palier de température (doc. 4).
La température ne recommence à diminuer que lorsque toute l'eau est à l'état solide.

Doc. 4. Palier de température.

• Conclusion
Lorsque l'eau pure liquide se solidifie, sa température est de 0 °C, et cette température reste constante jusqu'à ce que toute l'eau liquide se soit transformée en glace.
On dit que la température de solidification de l'eau est de 0 °C.
La température reste constante lors de la solidification de l'eau pure, elle suit un palier.

• Expérience
Pour étudier la fusion de l'eau, on plonge un tube à essais contenant de la glace (constituée d'eau pure) dans de l'eau chaude, et on opère de la même manière que pour l'étude de la solidification : la température est mesurée régulièrement en utilisant un thermomètre électronique et un chronomètre.


• Montage
On réalise le montage dont le schéma est représenté ci-dessous :

Doc. 5. Montage pour l'étude de la fusion de l'eau.

 
 
• Mesures Doc. 6. Résultats des mesures.
Ces résultats permettent de tracer la courbe montrant l'évolution de la température au cours du temps (doc. 7).



• Observations
On observe qu'au contact de l'eau chaude, la température de la glace augmente.
Lorsque la température atteint 0 °C, elle cesse temporairement d'augmenter et l'eau liquide apparait.
Tant que la glace n'a pas entièrement fondu, la température reste égale à 0 °C.
Sur le graphique, ce phénomène correspond à la portion de droite horizontale que l’on appelle palier de température (doc. 8).
La température ne recommence à augmenter que lorsque toute l'eau est à l'état liquide.

Lorsque l'eau pure solide subit une fusion, sa température est de 0 °C, et cette température reste constante jusqu'à ce que toute la glace se soit transformée en eau liquide.
On dit que la température de fusion de l'eau est de 0 °C.
Lorsque la glace et l'eau liquide coexistent, la température est de 0 °C : la fusion et la solidification de l'eau se font à température constante.