Changements de phase et diagrammes d’Ellingham

• Diagramme de phases du corps pur

Règle des phases

• Théorème de Gibbs:

• La variance = V = C + 2 –

• La variance = nombre minimal de paramètres à fixer pour déterminer un système. Pour 1 constituant, V= 3-

• (et pour 2 constituants, V= 4-

• Diagramme de phases

P (bar)

T (K)

T

C

solideliquide

gaz

Au point triple, =3 et v=0. Dans les zones solide, liquide ou gaz, =1 et v=2.

L’équilibre de changement d’état du corps pur est monovariant.(lignes TA,TB,TC)

V=2

V=2

V=2

V=1

V=0

A

C

P (bar)

T (K)

T

C

solideliquide

gaz

a b

La vaporisation d’un liquide

T

temps

Échauffement constant à pression constante

a

b

(l+g), v=1

(g), v=2

T ébullition

(l), v=2

P (bar)

T (K)

T

C

solideliquide

gaz

Décompression d’un solide

a

b

P

volume

Décompression isotherme

a

b

(s)

(s+l)

(l+g)

(l)

(g)

P (bar)

T (K)

T

C

solideliquide

gaz

chauffage d’un solide

ab

T

volume

Échauffement isobare

a

b

(s)

(l+g)

(l)

(g)

(s+l)

P (bar)

T (K)

T

C

solideliquide

gaz

Refroidissement d’un gaz

ab

T

temps

Courbe de refroidissement isobare

a

b

(g)

(s)

(l)

Liquide ensurfusion

T fusion

Les systèmes réactionnels(2,3 ou x composants)

Règle des phases

• Théorème de Gibbs:

• La variance = V = C + 2 –

• Pour 2 constituants, V= 4- • V = 1 si 3 phases présentes,

• ou V = 2 si 2 phases présentes

P

T

a b

b

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Le système binaire CaO et CO2,

Règle des phases

• La variance = V = C + 2 – N-R

• Pour 2 constituants, V= 4- • V = 1 si 3 phases présentes,

• ou V = 2 si 2 phases présentes

P

T

Changements de phases

a b

b

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Dans le système binaire CaO et CO2,V = C+2- = 4-=1 sur ligne d’équilibreSi T ou P alors CaCO3 disparaît

P(O2)

T

Changements de phases

a b

Ag2O(s) Ag(s) + O2(g)

Dans le système binaire Ag2O et O2,V = C+2- = 4-=1 sur ligne d’équilibreOu les trois phases coexistent

Diagrammes d’Ellingham

G = H – TS pour toute réaction avec une mole d’oxygène.

Le segment de graphe G en fonction de T aura:

Intercepte = H

Pente = – S

Préparation du nickel

(1) 2Ni(s) + O2(g)---------2NiO(s)

(2) C(s) + O2(g)---------CO2(g)

(3) 2NiO(s)+ C(s)--------- CO2(g)+ 2Ni(s)

G1= -479 +0,189T

G2= -383 -0,003T

G3= G2 - G1 = 0 a l’équilibre, soit à 448K

Préparation du nickel

T(K)G 448K

NiONi

CO2

C

Ici NiO et C ne

Réagissent pas

Ici NiO et C donnent Ni et CO2-479

-393

Aluminothermie: Fe2O3+Al----2Fe+Al2O3

Stabilité des oxydes

Diagrammes d’Ellingham

Elaboration du zinc et du plomb

Stabilités des oxydes de fer Il existe Fe, FeO, Fe3O4 et Fe203

Les couples théoriques sont:

1 FeO/Fe

2 Fe3O4/ Fe

3 Fe2O3/Fe

4 Fe3O4/FeO

5 Fe2O3/FeO

6 Fe2O3/Fe3O4

Mais Fe2O3 donne toujours Fe3O4 donc 3 et 5 impossibles

Au dessus de 843K on a 4 puis 1.

LE HAUT

FOURNEAU