Question : peut-on obtenir de l’air solide en comprimant le gaz ?
La différence entre un gaz, un liquide et un solide n’est pas la forme des molécules mais la façon dont elles sont disposées et dont elles bougent.
Ainsi, dans un gaz, il y a beaucoup d’espaces entre les molécules alors que pour un liquide ou un solide, les molécules sont beaucoup plus serrées.
Théoriquement, en comprimant un gaz suffisamment, et donc en diminuant l’espace entre les molécules, on peut le transformer en liquide.
En comprimant encore davantage, on peut obtenir un solide.
Mais plus on comprime un gaz, plus la température augmente or il faudrait plutôt que celle-ci diminue pour liquéfier ou solidifier un gaz.
En pratique, on est obligé de comprimer et de détendre plusieurs fois l’air pour diminuer la température et augmenter progressivement la pression et le rendre liquide (ce qui permet ensuite de récupérer le dioxygène et le diazote pour certaines industries)
Personne n’a trouvé une utilité pour l’air solide donc on n’en fabrique pas pour le moment.
Expérience à faire : couper un glaçon avec un fil
Pour l’eau, c’est un peu spécial car l’eau liquide prend moins de place que la glace donc si on resserre encore l’eau liquide, on n’obtiendra pas de glace…Par contre, en comprimant de la glace, on peut obtenir de l’eau liquide.
Dans l’expérience, le fil exerce une pression sur le glaçon et va le couper petit à petit.
Pour aller plus loin : Une explication plus complète mais plus compliquée…
Louis
Cailletet
Raoul-Pierre Pictet
Les premières gouttes d’air liquide ont été obtenus en 1877 par Louis Cailletet (français) et Raoul-Pierre Pictet (Suisse).
Le principe est quand même un peu plus compliqué que juste une compression. Dans l’industrie, il faut réaliser une série de compressions et de détentes de l’air à différentes températures pour réussir une liquéfaction et obtenir de l’air liquide.
diazote liquide
Cet air liquide est ensuite distillé pour récupérer d’un côté du dioxygène et de l’autre du diazote qui sont ensuite utilisé dans les industries.
En fait, le passage d’un état à un autre dépend de la pression et de la température : on peut établir des diagramme de phases comme celui de l’eau (voir schéma).
diagramme de phase de l’eau
Ainsi, sous 1 atmosphère (la pression habituelle moyenne sur Terre), l’eau devient solide à 0°C et se vaporise à 100°C.
Si la pression augmente, la température d’ébullition aussi : au fond des fosses océaniques, on peut trouver des sources d’eau chaude à 400°C sans que l’eau bout.
Si la pression diminue, la température d’ébullition aussi : en haut du Mont-blanc, il est plus facile de faire bouillir de l’eau mais elle est moins chaude.
Il existe un point très particulier : le point triple.
Au point triple, de l’eau, c’est-à-dire à environ 0,006 atm (presque la pression atmosphérique de Mars) et avec une température de 0,01 °C, l‘eau liquide se met à bouillir et, en même temps, à former des glaçons. Mais elle ne reste ni en glaçon ni en vapeur d’eau puisque ceux-là se transforment aussi en liquide ou en gaz. Bref, les changements d’état n’arrêtent pas et cela ne doit pas être évident d’utiliser de l’eau comme d’habitude.
Comme la température de Mars est en moyenne de -63 °C, avec un maximum de -3°C, l’eau sur cette planète est essentiellement sous forme de glace , même sous cette pression.
