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