Diagrammes de phases

Transcription

1 Unversté du Mane Faculté des Scences Dagrammes de phases lqude solde /5 I Noton de phases. Dagrammes de phases C est l état sous lequel on trouvera un consttuant A ou un mélange de consttuants A+B. Pour défnr une phase, l faut s assurer que le système est ben homogène (même composton chmque et mêmes proprétés en tout pont). Phase gazeuse. Tous les gaz sont mscbles en toutes proportons. Une phase gazeuse peut avor un ou pluseurs consttuants : ar ( N, O, HO ). Phase lqude. Certans lqudes sont mscbles : eau + alcool ( phase), d autres non : eau + hule ( phases). Phase solde. En général les soldes sont non mscbles et l y a autant de phases que de consttuants sauf dans le cas des solutons soldes (allages). Un dagramme de phases représente donc les états sous lesquels on retrouve les consttuants dans les dfférents domanes de température et de presson. II Varables d un système. Ce sont des varables ntensves. Varables de poston : Nombre de consttuants ndépendants : dans CaCO(sol) CaO(sol) CO(gaz), l y a consttuants () et une relaton (p); le nombre n de consttuants ndépendants estnp. Dans un système à n consttuants ndépendants, l y a (n ) ) varables de poston. Dans le système AB A B, l y a n consttuants ndépendants; l sufft d'une varable de poston pour fxer la composton: % en mole ou en pods de A ou de B. Varables d acton : T et P Chaleur T (température) s T = Cste Dagramme sotherme Traval P (presson du système) s P = Cste Dagramme sobare III Varance d un système. La varance d'un système est le nombre de facteurs que l'on peut fare varer ndépendamment les uns des autres sans provoquer la rupture de l'équlbre. Sot un système formé de phases (,,, ). Dans la phase l y a consttuants et consttuant dans la phase. La fracton molare du consttuant dans la phase est défne par x n est le nombre de moles du n. Pour toutes les phases, on peut écrre : n x x x x x x x x Avec x x...x Il faudra connaître (. ) relatons de concentratons (varables de postons) avec une relaton entre les varables ; on a. ( ) varables de concentraton et varables d'acton (P et T). Donc : Nombre de varables =.( ) Il y a des condtons restrctves: Le potentel chmque d'un consttuant est le même à l'équlbre dans toutes les phases : l y a donc.( ) condtons restrctves. S p est le nombre de relatons entre les consttuants: v. ( ). ( ) p p avec n p (nombre de consttuants ndépendants). On obtent alors l'expresson de la varance d'un système: v n Règle des phases - Lo de Gbbs x

2 Unversté du Mane Faculté des Scences Dagrammes de phases lqude solde /5 Exemples : Glace Eau : n; donc v n Equlbre monovarant: l faut fxer sot T sot P. HO H O (à 000 C) : n; donc v n Equlbre trvarant: l faut fxer T, P et une autre varable comme la presson partelle de l'un des gaz. FeO4 4CO FeO 4 CO n4; ( soldes et gazeuse) donc v n l faut fxer T et P pour défnr l'équlbre. Varance relatve : vn (on néglge alors l'acton de la presson: la presson est constante = atm). IV Equlbre lqude-solde - (bnares) Mode de représentaton à P=Cste : vn On trace T = f(composton) en % molare (ou % atomque). La courbe de lqudus est la courbe au-dessus de laquelle n exste que du lqude. La courbe de soldus est la courbe au-dessous de laquelle n exste que du solde. v=0 (pont nvarant) Transformaton sotherme, domane trphasé Exemples : lqude solde () + solde () c'est le cas de l'eutectque solde () solde () + solde () c'est le cas de l'eutectoïde v= (on fxe T) = Domane bphasé v= (on fxe T et la composton) = Domane monophasé Règle des moments chmques (ou des levers). Dans un domane bphasé, l est ntéressant de connaître la proporton des phases en présence dans le mélange pour une température donnée. A la température T, le mélange de composton X (pont N) est consttué des phases ( lqude) et (solde) : Exemple S m est la masse de (composton massque X, en M) Et m est la masse de (composton massque X, en P) m masse du mélange de départ ( m = m + m ) : X X X m m m mx mx mx (m m)x m(xx) m(x X) Alors : m.nm m.np A 80 C, 00g d un mélange de Ge-S à 0,5% en masse de slcum est consttué du mélange d un solde et d un lqude tel que : m NP s mm m 00g m NM m mm Alors m et m.(.6 ) m m m 7.8 g de solde de composton à 8% massque en S.6 m 7. g de lqude de composton à.8% massque en S

3 Unversté du Mane Faculté des Scences Dagrammes de phases lqude solde /5 V Les dfférents types de dagrammes lqude-solde. Les ponts sngulers les plus mportants sont les ponts eutectques (mélange eutectque), ponts pértectques et les ponts correspondant aux compostons défnes : Eutectque (v=0 ) en E Exemple : à drote, dagramme NaNO NaSO4 Eutectque smple En E à T= 0 C lqude solde ( NaNO ) + solde ( NaSO 4 ) Exemple : à gauche, Dagramme CaF LaF Eutectque avec soluton solde partelle De part et d autre du mélange eutectque E, on vot apparaître solutons soldes : à gauche : soluton solde de LaF dans CaF à drote : soluton solde de CaF dans LaF Composés défns (le lqude a la même composton que le solde) Dagramme NaF NaSO4 o eutectques E et E o En C (composé défn : NaSO4F ) ( solde (NaSO4F) lqude (NaSO4F) Exemple de composé défn à fuson non congruente (le lqude n a pas la même composton que le solde) Dagramme CaCl BaCl - eutectque - A drote de l'eutectque E, sur le lqudus, un pont de pértexe P - le composé défn BaCaCl 4 à décomposton pértectque (fuson non congruente en C) BaCaCl solde BaCl solde lqude composton P 4

4 Unversté du Mane Faculté des Scences Dagrammes de phases lqude solde 4/5 Remarques : Un domane monophasé est toujours séparé par des domanes bphasés. Les lgnes horzontales sur un dagramme bnare correspondent à des nvarants de température ( v=0). Un composé défn (y comprs A et B) peut subr un changement de structure (transformaton allotropque) souvent dénotée par une lettre grecque : exemple A A. La transformaton se tradut sur le dagramme par une horzontale car v=0. Les ponts sngulers des équlbres solde solde ont une termnason en oïde : eutectoïde et pertectoïde Dans le dagramme NaO AlO, on peut remarquer l'exstence d'un eutectoïde ( E ' ), d'un pértectoïde ( P ' ) et de solutons soldes du côté NaO et des compostons à 87 et 9% de AlO. VI Cas partculers. Dagramme monotectque. On observe une lacune de mscblté dans l'état lqude : le solde de composton 0.5 VO FeO( FeVO 4), se décompose en P en donnant lqudes non mscbles entre eux. à la température du pont C, les lqudes sont redevenus mscbles: le lqude a alors la même composton que le solde de départ. VII Exemples de dagrammes. C-dessous un ensemble de dagramme de phases lqude-solde typques pour vous exercer. Détermnez dans chacun d entre eux, les compostons eutectques, les formules des composés défns à fuson congruente ou à décomposton pértectque, les domanes des solutons soldes, le contenu des dfférents domanes comprs sous le lqudus.

5 Unversté du Mane Faculté des Scences Dagrammes de phases lqude solde 5/5 VIII Etude et caractérsaton des dagrammes de phases lqude-solde. Analyse par dffracton X : Permet d'dentfer les phases soldes en présence. Consulter sur le serveur "La Chme par le Web" : Les applcatons de la dffracton X. Analyse thermque o Analyse thermque smple : très smple d'emplo, sur 0g de matère; suv des courbes de refrodssement en foncton du temps. La longueur des palers (sotherme) permet de tracer la courbe de Tamman pour précser les ponts sngulers. Méthode pratquée en Travaux Pratques. o Analyse thermque dfférentelle (ATD) : plus sophstquée, sur 0 à 500mg de matère; suv du comportement thermque en comparason avec un échantllon témon (étalon), possblté d'accéder aux chaleurs de transformaton et de détecter les transtons de phases. Le témon type est la slce qu possède une transton de phase ben vsble à 57 C ( SO SO : Hcal/g ) Observatons mcroscopques (Métallographe )