Variables et notation utilisées:Variables et notation utilisées:
T: températureP: pression
Mélange binaire de deux constituants chimiques A1 et A2.
x fraction molaire, pourcentage en moles.x1: fraction molaire globale de A1 dans l’ensemble des phasesx1
v: fraction molaire du constituant A1 dans la phase vapeur
ω fraction massique, pourcentage en masse.ω2: fraction massique globale de A2 dans l’ensemble des phasesω 2
s: fraction massique du constituant A2 dans la phase solide
La variance indique le nombre de degrés de libertédegrés de liberté d’un système
physicochimique . C’est le nombre de paramètres intensifs indépendants que
l’on peut faire varier sans rompre l’équilibre physicochimique du système.
Théorème de Gibbs, ou règle des phases de Gibbs Théorème de Gibbs, ou règle des phases de Gibbs • V = 3 – φ pour un corps pur
• Et en l’absence de réaction chimiqueV = 4 – φ pour un mélange binaire.
Courbe d’analyse thermique isobare d’un Courbe d’analyse thermique isobare d’un corps purcorps purP
T
CSolide
liquide
vapeur
t
Tfus
T
tempsTeb
Teb
Tfus
Variance = 3 - φ
Vapeur,v = 2
Liquide, v = 2
Solide, v = 2
Liquide = vapeur, v = 1
Solide=liquide, v = 1
Paliers lors des changements d’état
Retard possible au changement d’état
P = 1 bar
P = 1 barM
M
x2
x2 = 0,3 x2 = 0,7
x2 = 1
x2 = 0
T (K)
t (s)COURBES ANALYSE THERMIQUE 0 1
TT
Cas d’un mélange liquide réel avec liquides misciblesCas d’un mélange liquide réel avec liquides miscibles
VAPEUR
LIQUIDE
L = V
Diagramme isobare P = constante
x20 1
TT
*1T
*2T
Liquide
Vapeur
vapLiq
Signification des courbes frontières
courbe d'ébullition : Cette courbe est la séparation entre le liquide et le mélange liquide -vapeur.courbe de rosée : Cette courbe est la séparation entre la vapeur et le mélange liquide-vapeur
Courbe de roséeCourbe d’ébullition
Autre signification des courbes frontières: Autre signification des courbes frontières:
Les compositions des phases liquide et vapeur sont données par les abscisses des points d’intersection de l’horizontale correspondant à T donnée avec les deux courbes frontières.
x2 = x2lx2 = x2
v
TVapeurVapeur
Liquide
Vapeur = Liquide
x2x2
M
A l’intérieur du fuseau comme v = 2, à T donnée pour P fixée la composition du système est fixée (x2
v et x2l).
P fixée
Règle de l’horizontaleRègle de l’horizontale
R E
x20 1
TT
*1T
*2T
Liquide
Vapeur
vapLiq
Signification des courbes frontières
Courbe de rosée T = f(x2
v)
Courbe d’ébullition T = f(x2 l)
x2vx2
l
0 x2
T(°C)
Quelle que soit la composition du mélange liquide de départ, la première bulle de vapeur a toujours pour composition xH
v. Et tant que les deux liquides sont présents, la vapeur a cette composition.
VAl 2
VAl 1
Composition deComposition deLa vapeur entraînéeLa vapeur entraînée
Evolution de la composition globale en xEvolution de la composition globale en x22
dans l’ensembles des 2 phases liquidesdans l’ensembles des 2 phases liquides
MApparition de la première bulle de vapeur
disparition de la dernière
goutte de A1
disparition de la dernière
goutte de A2
T
temps
A1l + A2
l non miscibles
x2v
P fixée
H
Vapeur
Application: Application: Distillation simpleDistillation simpleobjectif : obtenir un liquide enrichi en composé le plus volatil.
Système ouvertSystème ouvert
0 1
M
L
L’’’ V’’V’’’
On représente souvent cette évolution par des « marches d’escalier ». En réalité l’évolution est continue: le point représentatif du liquide évolue de L vers C: il reste un liquide de plus en plus pur en A1. On peut obtenir A1 pur mais on en obtiendra très peu. En effet, au cours de la distillation, on a éliminé A1 présent dans le distillat de moins en moins riche en A2 (évolution de V à V’’’ jusqu’à C).
TC •On part du point représentatif M. On chauffe le mélange.• La première bulle de vapeur a pour composition x2
V.• Le distillat est donc enrichi en le composé le plus volatil A2.• En éliminant la vapeur, cela entraîne un appauvrissement du liquide en A2. Le point représentatif se trouve décalé vers la gauche de M •Il faut chauffer davantage et la nouvelle vapeur émise a pour composition x2
V’.x2
L’’
Liquide
L’
Vapeur
V
V’
arrivéed’eau froide
vers l’évier
thermomètre
réfrigérant
colonne à distiller de Vigreux
pierre ponce ou carborundum
mélange à distiller
chauffe ballon
récipients collecteurs
Application: distillation fractionnéeApplication: distillation fractionnée
T
Visualisation des plateaux théoriques : colonnes à plateauxVisualisation des plateaux théoriques : colonnes à plateaux
miscibles liqliq BA
CHAUFFAGE
Vapeur ascendanteLiquide descendant
xB0 1
T
T
M
VAPEUR
LIQUIDE
*AT
*BT
T2
T3
T4
T5
x1v
x2v
x3v
x4v
x1v
x2l
x3l
x4l
x5l
x1l
x5v
x5lx1
l
T1
x1v x2
v x3v x4
v
x2l x3
l x4l