Ch. 1

Changements d’état isobares des mélanges binaires.

Avancement du chapitre

Test

Objectifs :

Etat d’équilibre d’un mélange binaire défini par pression, température, composition

· Etat = ?

Nombre de phases, composition des phases, quantité ou fraction de chaque phase.

· Réponse par lecture d’un graphique

· Obtention de ces graphiques

1. Diagrammes isobares d’équilibre liquide-vapeur

P fixée et indiquée : seuls paramètres = T et composition

Mais un diagramme pour chaque pression

1.1. Miscibilité totale à l’état liquide

Condition

Exemple n°1 : diagramme en fuseau simple

· Points « corps purs », le plus volatil

· Point M représentatif d’un « vrai mélange » : coordonnées z1, T

· 3 domaines, phase(s) en présence

· 2 lignes, définitions, paramètres x1 et y1

· Evolution d’un mélange (z1) quand on le chauffe

· Composition des phases en présence

· Quantité (ou fraction) des phases en présence

Exemple n°2 : diagramme à azéotrope

· Points « corps purs », le plus volatil

· 2 lignes, identification

· 4 domaines, phase(s) en présence

· Point particulier ses coordonnées dépendent de la pression

· Evolution d’un mélange (z1) quand on le chauffe.

· Comment distinguer le mélange azéotrope d’un corps pur.

Etat du système à la température T sous la pression p

· Diagrammes à maximum ou à minimum, affinité entre les liquides.

1.2. Miscibilité nulle à l’état liquide (modèle)

Diagramme

· Points « corps purs »

· 4 domaines

· Coexistence des 3 phases sous p fixée

· Courbes d’ébullition et de rosée : 2 interprétations… conclusion

· TH < T*A et T*B

· Evolution d’un mélange (z1) quand on le chauffe

· Etat du système à la température T sous la pression p.

Le théorème des moments ne s’applique qu’aux systèmes diphasés.

1.3. Miscibilité partielle à l’état liquide

Diagramme

· Points « corps purs »

· 6 domaines

· Coexistence de 3 phases sous p fixée : T et la composition des 3 phases sont fixées.

· Courbes d’ébullition, de rosée, de démixtion.

· TH < T*A et T*B

· Evolution d’un mélange (z1) quand on le chauffe

· Etat du système à la température T sous la pression p.

Le théorème des moments ne s’applique qu’aux systèmes diphasés.

1.4. Application pratique : les distillations

a) Distillation simple

· Principe

· Montage

http://bts.chimie.encpb.free.fr/11_12/TP/Orga/04/04_fiche_distillation.pdf

b) Distillation fractionnée

· Principe

· Montage

c) Distillation sous pression réduite

· Principe

· Montage

· Evaporateur rotatif

d) hydrodistillation, entraînement azéotropique

· Principe

· Montage

· Deux utilisations

· Images

http://www.labbe-france.fr/internes-de-colonne/

http://www.uqac.ca/chimie_ens/Thermochimie/images/Chap_8_10/fig_10_3a.gif

2. diagrammes isobares d’équilibre solide-liquide

· Les liquides sont supposés totalement miscibles

· Effet d’un changement de pression

· Utilisation des fractions massiques et conversion

2.1. Solides totalement miscibles, solutions solides

· Rappels cristallographie : alliages par substitution ou par insertion, conditions de miscibilité.

· Diagramme en fuseau simple :

* Corps purs, 3 domaines, 2 frontières

* Etat du mélange (z1, T)

· Diagramme à point indifférent, différence avec un azéotrope

2.2 solides totalement non miscibles (modèle)

· Exemple 1 : phénomène d’eutexie, point eutectique, mélange eutectique, différence avec un hétéroazéotrope.

· Exemple 2 : composés définis à fusion congruente

- définition

- présence de points eutectiques

- quantité des phases en présence

Le théorème des moments ne s’applique pas en mol (mais en masse, oui), et seulement aux systèmes diphasés

2.3. solides partiellement miscibles

Existence de solutions solides pour z » 0 ou z »1

Composés définis non stœchiométriques

2.4. applications des changements d’état solide-liquide.

- cristallisation fractionnée, méthodes de purification

http://www.galaxywafer.com/galaxy/technology/crystal-growth/

http://slideplayer.fr/slide/5441299/

- salage des routes

- fabrication d’un mélange réfrigérant

3. Variance d’un système à l’équilibre

3.1. définition

Nombre de paramètres intensifs indépendants

Variance réduite, variance effective, degrés de liberté

3.2. exemples

Ebullition d’un corps pur

Liquide-vapeur en fuseau

Azéotrope

Hétéroazéotrope

Solide-liquide : p non effective

Composé défini : comme un corps pur

3.3. courbes d’analyse thermique

Tracé expérimental des diagrammes binaires

Exemples