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Le point de congélation ou point de solidification d’un liquide correspond à la température caractéristique à une pression donnée, à laquelle ledit liquide devient solide. En d’autres termes, c’est la température à laquelle se produit le processus de solidification ou de congélation d’un liquide tel que l’eau.
En principe, ce changement de phase est un changement réversible qui peut atteindre l’équilibre avec le processus inverse, appelé fusion. Par exemple, dans le cas de l’eau :
Pour cette raison, le point de congélation de l’eau peut également être défini comme la température à laquelle l’équilibre de phase s’établit entre l’eau solide et l’eau liquide à la pression à laquelle se trouve le système .
Puisqu’il existe un équilibre entre la fusion et la solidification, le point de congélation s’avère être le même que le point de fusion.
Point de congélation vs point de congélation normal de l’eau
Il convient de préciser que le point de congélation de toute substance n’est pas une quantité fixe, car il dépend de la pression à laquelle se trouve le système. Cela signifie que l’eau, par exemple, ne fondra pas à la même température au niveau de la mer, où la pression est d’environ 1 atm, que sur une montagne à 2 000 m d’altitude, où la pression est inférieure à 0,8 atm.
La même chose peut être dite à propos des autres changements de phase, et l’effet est encore pire pour le point d’ébullition que pour le point de congélation lui-même.
Cependant, cela vaut la peine de se demander, alors pourquoi parle-t-on de « point de congélation » comme s’il n’en était qu’un ? La raison est très simple. Pour éviter toute confusion, le concept de point de congélation ou de fusion normal a été établi , qui correspond au point de congélation à une pression d’exactement 1 atm. Ce point de congélation est unique et caractéristique de chaque corps pur. Il existe un concept équivalent pour le point d’ébullition et le point de sublimation.
Ainsi, lorsque nous parlons du point de congélation de l’eau, nous faisons presque toujours référence au point de congélation normal.
Quel est le point de congélation ou de fusion de l’eau ?
Le point de congélation de l’eau à la pression normale de 1 atmosphère (c’est-à-dire le point de congélation normal de l’eau) est précisément la température de référence de l’échelle de température Celsius, et vaut donc 0°C. D’autre part, lorsque Fahrenheit a établi l’échelle de température qui porte son nom, il s’est fixé comme point de référence la température la plus basse qu’il pouvait enregistrer, à laquelle il a attribué la valeur de 0°F, puis il a attribué le point de fusion, ou point de congélation. d’eau à une température de 32°F.
En plus de ces deux unités de température populaires, il en existe également deux autres qui sont tout aussi importantes, qui sont l’échelle de température absolue Kelvin et l’échelle de Rankine. Le tableau suivant montre le point de congélation de l’eau dans les quatre échelles de température mentionnées :
| Escalader | point de congélation de l’eau |
| Celsius (°C) | 0°C |
| Kelvin (K) | 273.15K |
| Fahrenheit (°F) | 32°F |
| Rankine (°R) | 491.67°R |
Facteurs affectant le point de congélation de l’eau
La pression
Nous avons déjà vu que la pression peut affecter le point de congélation de l’eau. Dans ce cas, plus la pression est élevée, plus le point de congélation est bas, car l’eau liquide est plus dense que la glace. Avec d’autres substances, c’est l’inverse qui se produit. Cependant, l’effet global est assez faible.
Pour observer l’effet de la pression sur le point de congélation de l’eau, il est présenté dans le tableau suivant à plusieurs pressions différentes.
| Pression (atmosphère) | Tf ( °C) | Tf ( °F) | Tf ( K) | Tf ( °R) |
| 0,01 | 0 | 32 | 273.20 | 491,70 |
| 0,1 | 0 | 32 | 273.20 | 491,70 |
| 1 | 0 | 32 | 273.15 | 491,67 |
| dix | -0,1 | 31,9 | 273.10 | 491,60 |
| 100 | -0,8 | 30.6 | 272,40 | 490,30 |
solutés ou impuretés
En plus de la pression, le point de congélation de l’eau peut varier en raison de la présence d’impuretés ou de solutés dissous. Ceci est une conséquence d’une propriété colligative des solutions appelée « dépression du point de congélation ». Plus la concentration totale de solutés (ou d’impuretés) est élevée, plus le point de congélation de l’eau est bas. Cette propriété est utilisée pour faire fondre la glace sur les routes après une chute de neige et pour empêcher l’eau liquide de geler à l’intérieur des moteurs pendant l’hiver.
Le tableau suivant indique le point de congélation ou de fusion de l’eau à une pression de 1 atmosphère mais à différentes concentrations de sel commun (NaCl) :
| Concentration de NaCl (%m/m) | Tf ( °C) | Tf ( °F) | Tf ( K) | Tf ( °R) |
| 0 | 0 | 32 | 273.15 | 491,67 |
| 0,5 | -0,3 | 31.46 | 272,85 | 491.13 |
| 1 | -0,59 | 30,94 | 272,56 | 490.61 |
| 2 | -1.19 | 29,86 | 271,96 | 489,53 |
| 3 | -1,79 | 28.78 | 271.36 | 488,45 |
| 4 | -2.41 | 27,66 | 270,74 | 487.33 |
| 5 | -3.05 | 26.51 | 270.1 | 486.18 |
| 6 | -3,7 | 25.34 | 269,45 | 485.01 |
| 7 | -4.38 | 24.12 | 268,77 | 483,79 |
| 8 | -5.08 | 22,86 | 268.07 | 482.53 |
| 9 | -5.81 | 21.54 | 267.34 | 481.21 |
| dix | -6.56 | 20.19 | 266,59 | 479,86 |
| 12 | -8.18 | 17.28 | 264,97 | 476,95 |
| 14 | -9.94 | 14.11 | 263.21 | 473,78 |
| 16 | -11.89 | 10.6 | 261.26 | 470.27 |
| 18 | -14.04 | 6,73 | 259.11 | 466.4 |
| vingt | -16.46 | 2.37 | 256,69 | 462.04 |
| 26 | -19.18 | -2,52 | 253,97 | 457.15 |
Comme on peut le voir, la concentration en sel peut fortement affecter le point de congélation de l’eau, et le réduire de 20°C voire plus.
Les références
En ligneChang, R. (2008). Chimie physique (1ère éd .). New York, New York : McGraw Hill.
Boîte à outils d’ingénierie. (sd). Glace / Eau – Points de fusion à haute pression. Extrait le 15 juin 2021 de https://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#
propriétés colligatives. (2020, 30 octobre). Extrait le 29 juin 2021 de https://espanol.libretexts.org/@go/page/1889
