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Auteur(s)
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Jean-Noël JAUBERT : Docteur en chimie physique - Ingénieur de l’École supérieure de chimie de Marseille - Maître de conférences à l’ENSIC (École nationale supérieure des industries chimiques)
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Louis SCHUFFENECKER : Docteur ès sciences - Ingénieur ENSIC - Professeur de thermodynamique à l’ENSIC - Directeur des études et de la formation doctorale à l’EMN (École des mines de Nancy)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’estimation des propriétés thermodynamiques des mélanges nécessite, en premier lieu, de connaître les propriétés correspondantes de chacun des corps purs présents dans le mélange.
Or il est fréquent qu’un mélange de composition donnée, placé dans une cellule thermostatée à la température T et pressurisée à la pression p soit diphasique. Le cas le plus couramment rencontré est celui de l’équilibre liquide-vapeur (la phase liquide est en équilibre avec la phase vapeur qui la recouvre). C’est, à titre d’exemple, ce qui se passe sur les plateaux d’une colonne à distiller.
Afin de pouvoir calculer la composition des phases liquide et vapeur en équilibre sous une température et une pression données, il est nécessaire de connaître avec précision la pression de vapeur de chacun des corps purs présents dans le mélange considéré. C’est le but de cet article, qui donne des corrélations simples à mettre en œuvre permettant de calculer la pression de vapeur d’un corps pur à toute température. Leur précision est voisine de la précision expérimentale avec laquelle les tensions de vapeur peuvent être mesurées.
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Définitions relatives au corps purArticle inclus dans l'offre
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1. Règle des phases de Gibbs
Tout corps pur (par exemple l’eau, l’acétone...) peut exister dans l’un quelconque des 3 états physiques principaux de la matière (solide, liquide, vapeur). Il existe cependant des valeurs particulières de la température et de la pression pour lesquelles le corps pur peut être diphasique (présence de 2 phases en équilibre), voire triphasique (présence de trois phases en équilibre).
Le nombre de phases dans lequel peut simultanément se trouver un corps pur est régi par la règle des phases de Gibbs. Cette règle indique que la variance var d’un système en équilibre thermodynamique renfermant un corps pur est :
avec :
- ϕ :
- nombre de phases en présence.
DÕun point de vue pratique, la variance est le nombre de variables intensives dont dépend l’état du système polyphasique. La variance étant un nombre essentiellement positif ou nul, le nombre maximal de phases sous lequel peut se présenter un corps pur est égal à trois.
-
Corps pur sous une seule phase
Un corps pur peut exister sous une seule phase (solide, liquide, ou vapeur). Dans ce cas, ϕ = 1 et la variance du système est var = 2. Le système est dit divariant. Il faut donc fixer 2 variables d’état intensives indépendantes comme la température T et la pression p, par exemple, pour définir l’état du système. Comme le montre la figure 1, dans le plan (p, T ), les domaines monophasiques sont donc des surfaces.
-
Corps pur sous deux phases
La règle des phases indique qu’un corps pur peut exister sous deux phases en équilibre. Ces deux phases peuvent être :
-
un liquide et une vapeur : on définit alors l’équilibre liquide-vapeur (ELV) ;
-
un liquide et un solide : on définit alors l’équilibre liquide-solide (ELS) ;
-
un solide et une vapeur : on définit alors l’équilibre solide-vapeur (ESV).
Dans ce cas, ϕ = 2 et la variance du système est var = 1. On dira que les états diphasiques du corps pur sont des états monovariants.
Il...
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Règle des phases de Gibbs
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - YAMS (C.), LIN (X.), BU (L.), HOPPER (J.) - Handbook of vapor pressure. - Vol. 1 à 4. Gulf Publishing Company (1995).
-
(2) - PÉNELOUX (A.) - Thermodynamique fondamentale et générale. - Cours distribué à l’ENSSPICAM (École nationale supérieure de synthèses, de procédés et d’ingénierie chimiques d’Aix-Marseille).
-
(3) - REID (R.), PRAUSNITZ (J.), SHERWOOD (T.) - The properties of gases and liquids. - 3e Édition. McGraw-Hill Book Company (1977).
-
(4) - REID (R.), PRAUSNITZ (J.), POLING (B.) - The properties of gases and liquids. - 4e Édition. McGraw-Hill Book Company (1977).
-
(5) - VAN NESS (H.), ABBOT (M.) - Classical thermodynamics of nonelectrolyte solutions with applications to phase equilibria. - McGraw-Hill Book Company (1982).
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