Diagrammes binaires




Diagrammes binaires
liquide-vapeur :
Miscibilité nulle à l’état
liquide
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité nulle

Composés non miscibles

 Lorsque les constituants du mélange sont très différents, leur miscibilité est nulle.


Exemple : Mélange benzène / eau




Benzène Eau


• Molécule apolaire • Molécule polaire
• Interaction Van der Waals : London • Interaction Van der Waals : Keesom

• Existence de liaisons hydrogène
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité nulle

Allure du diagramme isobare

T T

Gaz
TB*


TA* Courbe
d’ébullition
B(l) + Gaz
A(l) + Gaz

A(l) et B(l)
xB
0 1

hétéroazéotrope


 La température de l’hétéroazéotrope est toujours inférieure aux températures d’ébullition des corps
purs TA* et TB*
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité totale

Courbes d’analyse thermique – Diagramme isobare
A pur B pur
xB = 0 xB = k xB = 1
T
T T

M4 Gaz


M3
T3 B(l) + Gaz
M2
A(l) + Gaz
T1
M1
M0 A(l) et B(l)
temps xB
xB = k

 Au point xB = k (P fixée) : P fixée

• M0 (T < T1) : deux phases liquides (A(l) et B(l)) v = (2 – 0 – 0) + 1 – 2 = 1

• M1 (T = T1) : deux phases liquides (A(l) et B(l)) et une phase gazeuse (A(g) et B(g)) v = (4 – 2 – 0) + 1 – 3 = 0

• M2 (T1 < T < T3) : une phase liquide (A(l)) et une phase gazeuse (A(g) et B(g)) v = (3 – 1 – 0) + 1 – 2 = 1

• M4 (T > T3) : une seule phase gazeuse (A(g) et B(g)) v = (2 – 0 – 0) + 1 – 1 = 2
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité nulle

Courbes d’analyse thermique – Diagramme isobare
A pur B pur
xB = 0 xB = k xZ xB = 1
T
T T

Gaz

M2


B(l) + Gaz
A(l) + Gaz
T1
M1 A(l) et B(l)
M0
temps xB
xZ

 Au point xZ (P fixée) : P fixée

• M0 (T < T1) : deux phases liquides (A(l) et B(l)) v = (2 – 0 – 0) + 1 – 2 = 1

• M1 (T = T1) : deux phases liquides (A(l) et B(l)) et une phase gazeuse (A(g) et B(g)) v = (4 – 2 – 0) + 1 – 3 = 0

• M2 (T > T1) : une seule phase gazeuse (A(g) et B(g)) v = (2 – 0 – 0) + 1 – 1 = 2
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité nulle

Traçage d’un diagramme binaire à partir des courbes d’analyse thermique

On se propose d’établir le diagramme binaire liquide-vapeur d’un mélange eau-benzène. Pour ce
faire, on a établi les courbes d’analyse thermique : ces courbes sont obtenues en refroidissant sous
1 bar différents mélanges gazeux eau-benzène. Selon la composition du mélange, on observe sur
ces courbes une ou plusieurs ruptures de pente, pouvant correspondre éventuellement à des
paliers. Dans le tableau ci-dessous, on indique la fraction molaire d’eau dans le mélange initial
gazeux ainsi que les températures de rupture de pente traduisant l’apparition d’une phase liquide.
On a indiqué en gras les températures correspondant à l’existence d’un palier. On notera x1 la
fraction molaire d’eau dans le liquide et y1 la fraction molaire d’eau dans la vapeur.

Mélange M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9

Fraction molaire d’eau dans le mélange initial 0 0,10 0,20 0,26 0,30 0,50 0,70 0,90 1

1ère température de rupture de pente (K) 353,0 348,7 344,0 340,8 343,8 355,6 363,9 370,2 373,0

2ème température de rupture de pente (K) 340,8 340,8 340,8 340,8 340,8 340,8


1. Tracer l’allure du diagramme binaire du mélange eau-benzène T = f(x1 ou y1) en faisant
apparaître la courbe de rosée et la courbe d’ébullition dans deux couleurs différentes.
2. Indiquer, sur ce schéma, la nature des phases présentes dans les différents domaines.
 Binaires liquide-vapeur : miscibilité nulle

Traçage d’un diagramme binaire à partir des courbes d’analyse thermique

Mélange M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9

Fraction molaire d’eau dans le mélange initial 0 0,10 0,20 0,26 0,30 0,50 0,70 0,90 1

1ère température de rupture de pente (K) 353,0 348,7 344,0 340,8 343,8 355,6 363,9 370,2 373,0

2ème température de rupture de pente (K) 340,8 340,8 340,8 340,8 340,8 340,8




Gaz




H2O(l) + Gaz

C6H6(l)
+ Gaz

H2O(l) + C6H6(l)