Nature du palier — exercice corrigé de chimie : thermodynamique et électrochimie (PC) (chapitre 4)

Nature du palier

Changements de phase des corps purs et des mélanges binaires · niveau 2

Énoncé

On chauffe séparément, sous pression fixée : (a) de l'eau pure ; (b) un mélange eau--éthanol de composition azéotropique ; (c) un mélange eau--éthanol de composition quelconque. Pour chacun, dénombrer les degrés de liberté à pression fixée pendant l'ébullition et indiquer si la courbe d'analyse thermique présente un palier horizontal.

Corrigé

On compte tout à pression fixée, avec $v^{'} = (N - r - s) + 1 - φ$ : c'est la même convention pour les trois cas, sans quoi on ne peut pas les comparer.

(a) Corps pur, liquide et vapeur : $N = 1$ , $φ = 2$ , $v^{'} = 1 + 1 - 2 = 0$ . La température est imposée : palier à $T_{eb} = 100° C$ .

(b) Azéotrope : $N = 2$ , $φ = 2$ , et la relation particulière $x^{L} = y^{V}$ (liquide et vapeur de même composition), $s = 1$ : $v^{'} = 2 + 1 - 2 - 1 = 0$ . Palier à $T_{az}$ , comme un corps pur.

(c) Mélange quelconque : $N = 2$ , $φ = 2$ , $s = 0$ : $v^{'} = 1$ . La température reste libre : l'ébullition s'étale de la température d'ébullition à la température de rosée, avec un simple changement de pente, pas de palier.

Un palier signe donc un système à $v^{'} = 0$ : corps pur ou azéotrope (ou palier hétéroazéotropique à trois phases) ; il ne prouve pas la pureté.