SMC 3Module : Chimie Descriptive /Diagrammes de phases

Responsable du module : Pr. A. SAMDI

azdn.samdi@gmail.com,

http://samdifsacchimie.e-monsite.com/

Mot de passe : samdismc3

Etat monophasique

Les domaines

SOLIDE

OU

LIQUIDE

OU

GAZ

Etats physiques du corps pur

P.6

Etat monophasique

Les domaines

SOLIDE

OU

LIQUIDE

OU

GAZ

Etat biphasique

Les courbes

Solide + Liquide

Fusion

Solidification

OU

Liquide + Gaz

Vaporisation

Condensation

OU

Gaz + Solide

Condensation Solide

Sublimation

Etats physiques du corps pur

P.6

Etat monophasique

Les domaines

SOLIDE

OU

LIQUIDE

OU

GAZ

Etat biphasique

Les courbes

Solide + Liquide

Fusion

Solidification

OU

Liquide + Gaz

Vaporisation

Condensation

OU

Gaz + Solide

Condensation Solide

Sublimation

Etats physiques du corps pur

Etat triphasique

Point triple

P.6

Evolution de la température d’un corps pur à P=cte

P

T

CSolide

liquide

vapeur

t

Tfus

T

tempsTeb

Teb

Tfus

Vapeur

Liquide

Solide

vapeur ↔ Liquide

Liquide ↔ Solide

Paliers lors des changements d’état

P = 1 bar

P = 1 bar M

M

P. 7

diag phases 5 à 12 - diag un + bin à An Th simple séance 1 (2).ppt

Déterminons l’état physique de la

substance illustrée à T = 100 °C

sous P = 200 kPa.

Détermination de l’état physique d’une substance

-100

Température (°C)

Pression (kPa)

100

200

300

400

0 100 200 300

Liquide

SolideGaz

P. 7

La substance est à l’état liquide

Déterminons les

températures de

transition normales

(P = 101 kPa).

Détermination des températures de changements d ’état

Liquide

SolideGaz

Température de fusion ou de

congélation = 30 °C

Température de vaporisation

= 130 °C

T (°C)

P (kPa)

100

200

300

400

-100 0 100 200 300

P. 7

p

T

Permanents »« GAZ Liquéfiables »

« Solvants »

« Gaz

Solide

liquide

P. 7

P. 8

2,3 bars

152°C

38 bars

- 0,5°C

Le diagramme de phases d’une substance pure

où la phase solide se présente avec 2 variétes allotropiques

(solide A, solide B)

Liquide

Point critique

P. 8

Gaz

Point triple

SolideSolide B

Solide A

Température

Pre

ssio

n

B S → B liq

→

A S → B S→

17:08

P. 8

Les phases de I à IX sont différentes structures de la glace (solides)

Cas de l’eau

17:08

P. 8Cas du soufre

17:08

CAS DES SYSTÈMES BINAIRESP. 9

Mélange de 2 corps purs → Système sous plusieurs formes états (solide et/ou liquide)

1 seule phase :Entièrement Solide

ou Entièrement Liquide

Mélange de 2 phases :Solide + Liquide

ou Solide 1 + Solide 2ou Liquide 1+ Liquide 2

Mélange de 3 phases :2 Solides + Liquide

ou 2 Liquides + 1 Solideou 3 Solides différentsou 3 Liquides différents

Solide 1 ≠ Solide 2

17:08

Lorsqu’il s’agit de solide ou liquide, on considère que toutes lestransformations physico-chimiques s'effectuent,

soit à pression atmosphérique ( 1 atm),

soit à faible pression

P. 9CAS DES SYSTÈMES BINAIRES (solide/liquide)

La variance V= C + 2 (T,P) - j

devient à P=cte V’ = C + 1 (T) - j = variance relative

c’est comme si la pression était constante ; d'où :

V’ = 3- j

17:08

Dans le CAS DES SYSTÈMES BINAIRES (solide/liquide), un domaine peut être constitué donc de :

Le système dépendra donc de 2 variables :

P. 9

La variance V= C + 2 (T,P) - j

devient à P=cte, V’ = C + 1 (T) - j = variance relative

c’est comme si la pression était constante ; d'où :

* Soit d'une phase unique, (monophasé, j = 1) * T* et composition

Le système dépendra donc d’1 variable :

** Soit de deux phases, (biphasé, j = 2)

T

V’ = 2

V’ = 1

V’ = 3- j

17:08

Dans le CAS DES SYSTÈMES BINAIRES (solide/liquide), un domaine peut être constitué donc de :

Le système dépendra donc de 2 variables :

* Soit d'une phase unique, (monophasé, j = 1) * T* et composition

Le système dépendra donc d’1 variable :

** Soit de deux phases, (biphasé, j = 2)

T

V’ = 2

V’ = 1

P. 9

Le système dépendra donc d’aucune variable :

*** Soit de trois phases, (triphasé, j = 3) V’ = 0Tout est fixé(T et composition )

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à P=cte, V’ = C + 1 - j = 2 + 1 – j = 3 - j

On trace T = f (comp. XB ) Le diagramme de phases est tracé dans 2 axes

composition du mélange

Présentation d’un diagramme binaire

T°C

ACorps pur

BCorps pur

T°C

Les 2 constituants A et B jouent des rôles symétriques.

ACorps pur

BCorps pur

P. 10

XB

N’importe quel point (XB, T) du plan décrit un état du système : 1 phase?

2 phases?ou 3 phases?

V’ = 3 - j

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Pour construire un diagramme de phases, on réalise P. 10

plusieurs mélanges de 2 corps purs A et B,

la composition varie de 0% à 100%

Masse (A) Masse (B)

Fusion

Liquide homogène

Pb : Comment va-t-on définir une composition

dans un mélange A - B ?17:08

Pb : Comment va-t-on définir une composition

dans un mélange A - B ?

La composition du mélange peut être

Massique ou pondérale

Molaire ou atomique

A B

P. 10

1ère façon : fraction molaire XBmol ou % mol B

Soit un mélange A - B contenant nA moles de Aet nB moles de B M

m n

A

AA

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100 x n n

n Ben mol. %AB

B

100 x n n

n A en mol. %

AB

A

100 . % . % BmolAmol

1ère façon : fraction molaire XBmol ou % mol B

Soit un mélange A - B contenant nA moles de Aet nB moles de B.

AB

BB n n

n X

mol

AB

AA n n

n X

mol

1 X X molBmolA

P. 10

Mm

nA

AA

où mA masse de A et

MA masse molaire de A

17:08

2ème façon : fraction atomique XBatom ou % atom. B P. 10

XX molBatom

B

% atom. en B = % mol. en B

3ème façon : fraction pondérale ou massique XBatom ou % mass. B

Soit un mélange A - B contenant mA (g) de A

et mB (g) de B

XmassB mm

mAB

B

X - 1 X atomBatom

A

AAA M . n m où mA masse de A etMA masse molaire de A

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Comment construire un diagramme

Le diagramme de phases s'établit expérimentalement :

on fait varier les conditions expérimentales( Composition et T )

et l'on observe les changements de phases.

P. 11

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En général, on utilise : Analyse thermique simple

Analyse thermique simple

qui consiste à suivre la température (T°) en fonction du temps (t)

Etude du refroidissement des corps purs ou des mélanges

La courbe T = f ( temps ) permet d’avoirl’ensemble des informations sous forme de courbes.

Courbes de refroidissement = (courbes d’analyse thermique)

Four

Echantillon

Thermocouple T°C

P. 11

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T (°C

)

Temps (min)

1

2palier

Changement de pente

Ceci se traduit par l'apparition sur la courbe T = f(temps) de* plusieurs changements de pente (appelés accidents thermiques), T=θ1

* palier, T=θ2

P. 11

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Courbes de refroidissement = (courbes d’analyse thermique)

Mesure de température par thermocouple

Thermocouple T°C

Métal 2Métal 1

Métal 1 ≠ Métal 2

= circuit thermoélectrique

soudure

Création d’une ddp

due à la différence de

mobilité des électrons

dans les 2 métaux

Cette ddp = f( T)

Il existe des tables de correspondance

« ddp –T°C » pour chaque type de

thermocouple

P. 12

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P. 12

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P. 13

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