Mélanges et transformations

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Mélanges et transformations

Partie 1. Changements d’état isobares de mélanges binaires 1.4. Lecture d’un diagramme binaire

Objectifs du chapitre

→ Notions à connaître :

 Théorème des moments chimiques

 Composé volatil

→ Capacités exigibles :

A partir d’un diagramme fourni,

 Déterminer les températures de début et de fin de changement d’état d’un mélange quelconque

 Donner la composition des phases en présence, ainsi que les quantités de matière ou masses dans chaque phase

1. Obtenir une température de changement d’état

Après avoir identifié l’abscisse représentant la composition du mélange, les courbes de rosée et d’ébullition permettent de lire les températures de début et de fin de changement d’état.

Soit un mélange initialement liquide contenant 2 mol de B et 3 mol de A.

Apparition de la première goutte de liquide :

Disparition de la dernière bulle de vapeur :

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2. Obtenir une composition relative (% des espèces dans chaque phase)

Le théorème de l’horizontale ne s’applique que pour un système diphasé.

Théorème de l’horizontale :

Soit un mélange binaire sous deux phases (1 liquide et 1 vapeur) à la température T

.

Les intersections du segment horizontal T = T

avec la courbe de rosée et la courbe d’ébullition fournissent la composition relative de chaque phase en présence.

 Intersection avec la courbe d’ébullition → composition de la phase liquide, x

 Intersection avec la courbe de rosée → composition de la phase vapeur, x

Application :

Soit un mélange initialement liquide contenant 2 mol de B et 3 mol de A.

A quelle température apparaît la première bulle de vapeur ? Quelle est la composition de cette première bulle ?

La phase vapeur et la phase liquide ont-elles la même composition ? L’enrichissement de la phase

vapeur en B était-elle prévisible ?

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A 96 °C, quelle est la composition des deux phases en présence ?

Ce diagramme est-il associé à un mélange présentant une miscibilité à l’état liquide ?

Justification du théorème :

 Nombre de degrés de liberté du système lorsqu’il est diphasé :

 Nombre de degrés de liberté utilisés pour placer le point représentatif du système :

 Conclusion :

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3. Obtenir une composition absolue (qté de matière dans chaque phase)

Le théorème des moments chimiques (ou segments inverses) ne s’applique que pour un système diphasé.

Théorème des moments chimiques :

Les quantités de matière dans chaque phase pour un système diphasé sont liées par la relation : n

.ML = n

.MV

n

: qt totale de matière en phase liquide (n

= n

+ n

) n

: qt totale de matière en phase vapeur (n

= n

+ n

) ML et MV : longueurs des segments correspondants

Conseils/Erreurs fréquentes :

Si l’abscisse du diagramme est massique, le théorème s’écrit avec des masses : m

.ML = m

.MV

Le théorème n’est valable qu’avec les quantités totales par phase.

Deux inconnues (n

et n

) : une deuxième équation est nécessaire pour résoudre le système ! En général, c’est : n

ℓ + n

v = n

Application : Diagramme de phases liquide-vapeur isobare du mélange binaire eau-acide nitrique.

M

= 18 g.mol

et M

= 63 g.mol

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Soit 4,0 mol d’un mélange liquide d’eau et d’acide nitrique, de fraction molaire en acide nitrique égale à 30 %.

D’après le diagramme, le mélange eau-acide nitrique est miscible à l’état liquide ?

A 110 °C, quelle est la composition de chacune des phases en présence ?

Quelles sont les quantités de matière d’eau et d’acide nitrique dans chaque phase ?

Quelle est la masse de chaque phase ?