Présentation
Auteur(s)
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Roland SOLIMANDO : Docteur en chimie-physique - Ingénieur de l’École supérieure de chimie de Marseille - Maître de conférences à l’ENSIC
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Louis SCHUFFENECKER : Docteur ès sciences - Ingénieur de l’École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC-Nancy) - Directeur des formations à l’École des mines de Nancy (EMN) - Professeur à l’ENSIC et à l’EMN
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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
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Lire l’articleINTRODUCTION
Bien que, dans la pratique, les applications industrielles concernent surtout les systèmes contenant un grand nombre d’espèces chimiques, il serait réducteur de considérer que l’ingénieur n’est pas intéressé par les systèmes monoconstituants. En effet, les propriétés d’un mélange sont calculées à partir des propriétés correspondantes des composés purs. Les principes et les grandeurs de base présentés dans l’article « Formalisme et principes de la thermodynamique » de ce traité permettent la description des propriétés thermodynamiques des substances pures.
La grandeur fondamentale, à partir de laquelle toutes les autres sont déduites, est le potentiel chimique qui permet de déterminer dans quelle phase (liquide, vapeur ou solide) va se trouver un corps pur dans des conditions de température et de pression données, et qui permet également de prévoir l’existence des différents équilibres entre ces phases (liquide/solide, liquide/vapeur, solide/vapeur, solide/solide).
Le formalisme mathématique employé pour calculer les propriétés thermodynamiques des corps purs est général quelle(s) que soit(ent) la(les) phase(s) considérée(s) : il consiste à considérer, dans un premier temps, les propriétés du composé supposé être un gaz parfait dans les conditions de l’expérience, puis à calculer les écarts à ces valeurs en utilisant les équations d’état permettant de décrire les propriétés volumétriques de la phase considérée.
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Le corps pur sous plusieurs phasesArticle inclus dans l'offre
"Physique Chimie"
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2. Les fluides réels
Le gaz parfait, dont les propriétés sont décrites dans le paragraphe précédent, est un modèle très simplifié de l’état gazeux car, dans la pratique, seuls les gaz sous faible pression peuvent être considérés comme parfaits. Il paraît donc évident que l’équation d’état des gaz parfaits est incapable de calculer correctement les propriétés PVT de la matière, en particulier dans les états sous forte pression, qu’ils soient gazeux ou liquides.
D’autre part, d’un point de vue théorique, les molécules d’un gaz parfait doivent être quasi ponctuelles sans interaction. Or, il existe deux causes principales d’imperfection dans les édifices moléculaires, à savoir le volume propre des molécules et les attractions moléculaires. En fait, lorsque deux molécules sont assez éloignées l’une de l’autre, elles s’attirent (forces de London). Quand elles sont très proches, elles se repoussent (forces de Pauli), ce qui empêche leur superposition et permet de leur attribuer un volume. Dans la pratique, les modèles qui permettent de décrire les propriétés du corps pur tiennent compte de la présence de ces interactions. Il existe principalement deux approches concurrentes, celle du viriel, et celle préconisée par Van der Waals. Ces deux équations d’état seront présentées dans ce paragraphe.
2.1 Écarts au comportement du gaz parfait – Propriétés PVT des fluides réels
De nombreux résultats expérimentaux permettent de mettre en évidence les phénomènes d’attraction et de répulsion moléculaire. Par exemple, la résistance à la compression des gaz réels et des liquides est caractéristique des phénomènes de répulsion. De même, la possibilité de liquéfaction des gaz par simple compression isotherme met en évidence les possibilités d’attraction entre les molécules. En fait, Van der Waals a montré que le liquide et le gaz sont deux formes différentes d’un seul et même état de la matière appelé état fluide.
HAUT DE PAGE2.1.1 Fluide réel – Continuité des états gazeux et liquide
Lorsque l’on...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SCHUFFENECKER (L.), JAUBERT (J.-N.), SOLIMANDO (R.) - Formalisme et principe de la thermodynamique - . . Traité Sciences fondamentales (1999).
-
(2) - SCHUFFENECKER (L.), DELLACHERIE (J.) - Températures et enthalpies de fusion et d’ébullition normales des composés organiques. - K 570. Traité Constantes physico-chimiques (1992).
-
(3) - DELLACHERIE (J.), SOLIMANDO (R.) - Équilibres de phase des corps purs minéraux. - K 572. Traité Constantes physico-chimiques (1996).
-
(4) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) - The properties of gases and liquids. - 4e édition. McGraw-Hill Book Company (1986).
-
(5) - DIAGSIM®rarr; - Logiciel permettant le tracé d’une centaine de diagrammes d’état dans le cas d’environ 800 corps purs. - École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy. Laboratoire de thermodynamique des séparations.
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