1

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (1)

Selon les conditions de Pression et de Température la matière peut exister sous trois états :

• Solide

• Liquide

• Gazeux

Avec deux états particuliers n’existant que pour de très fortes températures

• Etat supercritique

• Plasma

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (2)

• Etat solide: forme et volume constant- Molécules liées par des forces de cohésion

importantes

⇒ nécessité d ‘appliquer une force importante pour surpasser les forces de cohésion et déformer un solide.

- Atomes et molécules sont entassés• Soit selon un ordre précis : matière cristalline avec

différentes architectures possibles : cubique rhomboédrique

• Soit selon un mode anarchique : matière amorphe.

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (3)

Etat liquide– Forme variable mais volume reste constant pour une

température donnée

⇒ adaptation au contenant

⇒ déformation sous son propre poids

- Le volume d’un liquide augmente avec la température : phénomène de dilatation

- Les forces de liaison entre atomes et molécules sont beaucoup plus faibles que dans un solide

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (4)

Etat Gazeux- Forme et volume sont variables:

⇒ un gaz occupe l’ensemble de l’espace qui lui est assignéquelque soit cet espace.

- Les molécules sont liées par des forces de cohésionextrêmement faibles voire inexistantes

⇒ Glissement possibles des molécules les unes sur les autres- L’état gazeux est caractérisé par:

• une faible masse volumique

• une forte compressibilité

• une importante extensibilité

• une faible viscosité et donc une grande fluidité.

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (5)

Unités de mesure des variables d’état dans le système international• Pression = force appliquée par unité de surface

*Unité de force: Newton(N) selon la relation F=Mγ : force qui communique une accélération de 1m/s à un corps de 1 kg

* Unité de surface= m²

* Unité de pression: Pascal(N/m²)

Pression exercée par une force de 1 Newton perpendiculairement

sur une surface de 1 m². Unité faible : K Pa et H Pa.

• Température: état d’agitation moléculaire et atomique:DegréKelvin (K)

• Volume: mètre cube : espace occupé: m 3

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (6)

Unités de mesure des variables d’états: Autres unités usuelles

– Température: Degré Celsius (C) = K – 273.15Degré Farenheit (F) = 1.8 K – 459.7

– Pression:• Torr = pression exercée par une colonne de 1 mm de mercure et de

1 cm² de base

• Atmosphère = pression exercé par une colonne de 760 mm de mercure et de 1 cm ² de base

• Bar = 10 5 Pa = 100 H Pa.

• Cm d’eau (Cm H²O) = pression exercée par une colonne de 1 cm d’eau sur une surface de 1 cm²

• Pound per square inch: (Psi)

2

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (7)Equivalence entre unités de mesure des variables

d’états utilisées en Anesthésie

Torr Cm H²O KPa Bar

Torr 1 0.735 7.5 751.8

Cm H²O 1.36 1 10.2 1022.5

KPa 0.133 0.098 1 100

Bar 0.00133 0.00098 1

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (8)

Notion de diagramme de Phases

• Le diagramme de Phasedéfinit pour une unité de masse d’un corps chimique stable les domaines d’existence des différentes phases : solide, liquide, gazeux en fonction des variables d’état : pression et température

LOI DES GAZ PARFAITS LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (9):Notion de diagramme de phases : points et limites caractéristiques.

• Point T : point triple = Pression Pt et température Tt pour lesquelles il y a présence de 3 phases.

• Point C = point critique= à T> Tc et P> à Pc: état supercritique intermédiaire entre l’état liquide et gazeux : densité proche d’un liquide et viscosité d’un gaz.

• Courbe située en dessous du point T= transition de phase entre l’état solide et gazeux = SUBLIMATION

• Courbe située à gauche du diagramme=Transition de phase entre l’état liquide et solide = FUSION

• Courbe située à droite du diagramme=Transition de phase entre l’état liquide et Gazeux = EVAPORATION

LOI DES GAZ PARFAITS

• I/ ETATS DE LA MATIERE (10): Exemple du diagramme de phase de l’eau

• Transitions de phase de l’eau à température variable et pression constante (atmosphérique)

– Pa : pression atmosphérique niveau 0

– Pb : pression atmosphérique altitude.

• Principe général de la lyophilisation– - Phase 1 :Congélation par � de la température

– - Phase 2: � de la pression entraînant une sublimation

– - Phase 3: retour à une pression et température normales

LOI DES GAZ PARFAITS

• II/ NOTION DE GAZ PARFAIT • Correspond à un modèle dans lequel on néglige les

interactions moléculaires excepté les collisions

• Ce type de modèle est approché :– dans un gaz à faible pression

– lorsque le volume de gaz est négligeable par rapport au volume du récipient qui le contient.

• Un gaz réel à pression et température limitées se rapproche d’un gaz parfait

• Relation simple entre les trois variables d’état : P, V et T°

3

LOI DES GAZ PARFAITS

• III/ LOIS DES GAZ PARFAIT (1)BASES EMPIRIQUES

– 1/ Etude de la dilatation (volume) en faisant varier la T°à P constante : Loi de Gay-Lussac

• L’augmentation de la température d’un gaz à pression constante s’accompagne d’une augmentation de volume qui obéit à la loi : Vt° = V0 (1 + α t )°

- Vt° = volume du gaz à la température t (en C°)

- V0 = volume du gaz à 0 ° C*$

- t ° = température en degréCelsius

- α = coefficient de dilatationdu gaz à P const

1/273.15

LOI DES GAZ PARFAITS

• III/ LOIS DES GAZ PARFAIT (2)BASES EMPIRIQUES

• 1/ Etude de la dilatation en faisant varier la T° àP constante : Loi de Gay-Lussac

• Exprimée en température absolue cette relation s’écrit

V = C X T° ou encore V/T° = Const

Loi de Gay Lussac: A pression constante le volume d’un gaz est proportionnel à la température absolue de ce gaz

LOI DES GAZ PARFAITS

• III/ LOIS DES GAZ PARFAIT (3)

BASES EMPIRIQUES

• 2/ Etude de la pression à volume constant et T°variable: Loi de Charles:

A volume constant , la pression d’un gaz est proportionnelle à

sa température absolue. P: C x T (°K)

• 3/ Etude de la compressibilité d’un gaz à T°constante : Loi de Mariotte

A température constante, le volume d’un gaz est inversement

proportionnel à sa pression.

PV = Const

LOI DES GAZ PARFAITS

• III/ LOIS DES GAZ PARFAIT (5)

• 4/ Equation ou Loi des gaz parfaits

- Loi des gaz parfaits = relation simple reliant les variables d’état d’un gaz parfait- Combinaison des lois précédentes:

PV = n R T°

- P = pression- V = volume- T° = température absolue- R = constante des gaz parfaits : 8.32 J/mol/K

LOI DES GAZ PARFAITS

• IV/ GAZ REELS

• L’équation d’état des parfaits est approximative car selon cette équation

- pas de liquéfaction possible

- pas de solidification possible.

• Les gaz réels surtout dans des conditions de P et T proches de la transition de phase peuvent présenter des écarts considérables avec la loi des gaz parfaits du fait d ’interactions d’attraction ou de répulsion des molécules entre elles