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Mélanges et transformations
Partie 1. Changements d’état isobares de mélanges binaires 1.6. Diagrammes LV avec non miscibilité à l’état liquide
Objectifs du chapitre
→ Notions à connaître :
Diagramme avec non miscibilité à l’état liquide o Cas de la miscibilité nulle
o Cas de la miscibilité partielle
→ Capacités exigibles :
Tracer un diagramme de phase à partir d’informations sur les caractéristiques du mélange.
Décrire les caractéristiques des mélanges hétéroazéotropiques (miscibilité nulle ou partielle).
Tracer des courbes d’analyse thermique pour des mélanges quelconques et justifier leur allure.
Justifier l’utilisation d’un montage de Dean-Stark en chimie organique
1. Diagrammes de mélanges à miscibilité nulle à l’état liquide
Dès lors que les structures chimiques des espèces à mélanger A1 et A2 sont suffisamment différentes, les interactions mixtes A1-A2 deviennent moins stabilisantes que les interactions symétriques A1-A1 et A2-A2.
Les constituants A1 et A2 ne se mélangent plus ce qui conduit à observer deux phases distinctes à l’état liquide.
1.1. Allure du diagramme
Méthode :
Repérer la présence d’un segment horizontal
o Sous le segment, liquides non miscibles : L1 + L2
o Sur l’horizontale, système triphasé : L1 + L2 + V1+2
Pour retrouver la composition des domaines diphasés, utiliser le théorème de l’horizontale.
T
x2
-2- Domaine Constituants
physico-chimiques
Nature des phases
Equilibres LV
établis DDL DDL restant après fixation de P
Evolution de T possible?
Vapeur A1(v) et A2(v) 2ϕ : VA1+A2
0 3 2 Oui
Diphasé
gauche A1(ℓ), A1(v) et A2(v) 2ϕ :
LA1 + VA1+A2 A1(v) = A1(ℓ) 2 1 Oui
Diphasé droite A2(ℓ), A1(v) et A2(v) 2ϕ :
LA2 + VA1+A2 A2(v) = A2(ℓ) 2 1 Oui
Diphasé
liquide A1(ℓ) et A2(ℓ) 2ϕ :
LA1 + LA2 0 2 1 Oui
Segment
horizontal A1(ℓ) A2(ℓ) A1(v) A2(v)
3ϕ : LA1 + LA2
+ VA1+A2
A1(v) = A1(ℓ)
A2(v) = A2(ℓ) 1 0 Non
1.2. Courbes d’analyse thermique
Expl : Courbes de refroidissement isobare pour différents mélanges eau-toluène
Analyse courbes 1 et 2 :
-3- Analyse courbes 3 et 4 :
Début des changements d’état non synchrones mais fin de changement d’état commune.
Conséquence sur l’évolution des pentes :
Analyse courbe 5 :
Analyse courbe 6 :
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1.3. Caractéristique du mélange hétéroazéotropique Hétéroazéotrope :
Point de concours des courbes de rosée et d’ébullition dans le cas d’un mélange de deux constituants NON miscibles à l’état liquide
Caractéristique du mélange hétéroazéotropique :
Le mélange hétéroazéotropique change d’état à T cte sous P fixée.
1.4. Chauffage de deux liquides non miscibles (propriété fondamentale) Expl : Chauffage de cyclohexane contenant un peu d’eau
Chauffage d’un mélange quelconque Chauffage du mélange hétéroazéotropique
-5- Chauffage de deux liquides non miscibles : Propriété 1 :
Propriété 2 :
Application : Montage de Dean-Stark, utilisé pour éliminer l’eau formée lors d’une transformation en vue de déplacer l’équilibre.
Expl : Acétalisation
OH O H O
O O OH2
+ [H+] +
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2. Diagrammes de mélanges à miscibilité partielle à l’état liquide
2.1. Courbe de démixtion sans changement d’état
Soient deux espèces A1 et A2 partiellement miscibles. Le diagramme suivant traduit cette situation.
Par ailleurs, la courbe rend bien compte du fait que la solubilité d’une espèce dans un solvant dépend de la température.
2.2. Allure du diagramme binaire Mise en évidence de la zone de démixtion
= 1 = 1
Courbe de saturation de A1 dans A2
appelée courbe de démixtion (limite de solubilité de A1 dans A2).
Courbe de saturation de A2 dans A1
appelée courbe de démixtion (limite de solubilité de A2 dans A1).
2 liquides séparées :
A1,sat : Solution saturée de A2 dans A1
A2,sat : Solution saturée de A1 dans A2
-7- Diagramme binaire avec miscibilité partielle à l’état liquide
Domaine Nombre de phases Composition de chaque phase
1
2
3
4
5
6
2.3. De la miscibilité partielle à la miscibilité nulle
Miscibilité partielle à l’état liquide Miscibilité nulle à l’état liquide
