Un corps pur peut exister sous différents états, appelés aussi phases, qui dépendent des conditions de température et de pression dans lesquelles il se trouve. Un diagramme de phase $\rm (P, T)$ permet de visualiser les domaines d'existence des états solide, liquide et gazeux. Un diagramme représentant l'évolution de la pression en fonction du volume massique $\rm (P, v)$ d'un corps pur, appelé aussi isotherme d'Andrews, permet de visualiser les domaines d'existence des états liquide et gazeux.

DIAGRAMME (P, T)

Un corps pur peut se présenter dans un état monophasé. Dans ce cas, il est soit dans l'état solide, soit dans l'état liquide, soit dans l'état gazeux. La pression est alors indépendante de la température.

Un corps pur peut aussi se présenter dans un état diphasé dans lequel cohabitent soit :

  • L'état solide et l'état liquide ;
  • L'état liquide et l'état gazeux ;
  • L'état solide et l'état gazeux.

Dans ces cas, la température et la pression sont reliées par une fonction $\rm P = f(T)$, représentée par trois courbes :

  • Courbe de solidification : coexistence des états solide et liquide ;
  • Courbe de vaporisation : coexistence des états liquide et gazeux ;
  • Courbe de sublimation : coexistence des états solide et gazeux.

Ces courbes représentent l'ensemble des couples de coordonnées $\rm (P, T)$ où un changement d'état s'effectue.

Enfin, un corps pur peut se présenter dans un état triphasé, où cohabitent les trois états. Ce point unique est noté $\rm T$, et le couple de coordonnées $\rm (T_T, P_T)$ est propre à chaque corps.

Le point critique, noté $\rm C$, représente les valeurs seuil de pression et de température au-delà desquelles on ne distingue plus les phases liquide et gazeuse. Au-delà de ce seuil, l'état est qualifié de supercritique.

DIAGRAMME (P, v)

À une température donnée, la courbe d'évolution de la pression en fonction du volume massique d'un corps pur (isotherme d'Andrews) présente trois parties :

  • La première partie de la courbe est de type fonction affine décroissante. Le corps pur se trouve en phase liquide, jusqu'à l'état liquide saturé ;
  • La deuxième partie de la courbe est horizontale, formant un palier : la phase liquide coexiste avec la phase vapeur, c'est la phase de vapeur saturante, qui s'étend jusqu'à la phase de vapeur saturée ;
  • La dernière partie de la courbe est hyperbolique : elle représente la phase vapeur sèche.

On peut noter que lorsque la température augmente, le palier de la deuxième partie de la courbe devient plus étroit et s'annule pour des températures supérieures à la température critique : dans ce cas, les courbes prennent la forme d'une hyperbole, telle que celle caractéristique des gaz parfaits, où les particules n'interagissent pas entre elles.