Partie 1. Changements d état isobares de mélanges binaires 1.6. Diagrammes LV avec NON miscibilité à l état liquide

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Marianne Clermont
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partielle Capacités exigibles : Tracer un diagramme de phase à partir d informations sur les caractéristiques du mélange.

1 Mélanges et transformations Partie 1. Changements d état isobares de mélanges binaires 1.6. Diagrammes LV avec NON miscibilité à l état liquide Objectifs du chapitre Notions à connaître : Diagramme avec non miscibilité à l état liquide o Cas de la miscibilité nulle o Cas de la miscibilité partielle Capacités exigibles : Tracer un diagramme de phase à partir d informations sur les caractéristiques du mélange. Décrire les caractéristiques des mélanges hétéroazéotropiques (miscibilité nulle ou partielle). Tracer des courbes d analyse thermique pour des mélanges quelconques et justifier leur allure. Justifier l utilisation d un montage de Dean-Stark en chimie organique Ce chapitre s intéresse au cas des mélanges binaires dont les deux constituants chimiques sont non miscibles à l état liquide, mais sont miscibles à l état gazeux. Problématiques : Quelles sont les allures possibles de diagrammes binaires dans le cas d une non miscibilité totale à l état liquide? Qu est-ce l hétéroazéotropie? Pourquoi le changement d état d un mélange hétéroazéotropique s effectue-t-il à température constante? 1. Diagrammes de mélanges à miscibilité nulle à l état liquide Pourquoi deux constituants A1 et A2 ne se mélangent-ils pas s ils ont des structures très différentes? -1-

2 1.1. Allure du diagramme Méthode : Repérer la présence d un segment horizontal signe d une non miscibilité à l état liquide. Sur l horizontale, système triphasé : L1 + L2 + V1+2 Dans les domaines diphasés latéraux, utiliser le théorème de l horizontale pour retrouver la composition des phases. T x2 Domaine Constituants physico-chimiques Nature des phases Equilibres LV établis DDL DDL restant après fixation de P Evolution de T possible? Vapeur Diphasé gauche Diphasé droite Diphasé liquide Segment horizontal 1.2. Courbes d analyse thermique Etablir et justifier l allure des courbes d analyse thermique dans les cas suivants : Mélange avec 0< x2 < xh : o Les températures de début et fin de changement d état sont-elles identiques? -2-

3 o Les deux espèces changent-elles d état de manière synchrone? o Conséquence : combien de points de rupture de pente va-t-on observer? o En déduire l allure de la courbe d analyse thermique : Par analogie : Mélange avec xh < x2 < 1 : -3-

4 1.3. Caractéristique du mélange hétéroazéotropique Hétéroazéotrope : Point de concours des courbes de rosée et d ébullition dans le cas d un mélange de deux constituants NON miscibles à l état liquide Caractéristique du mélange hétéroazéotropique : Le mélange hétéroazéotropique change d état à T cte sous P fixée. Etablir et justifier l allure de la courbe d analyse thermique relative au changement d état du mélange hétéroazéotropique Chauffage de deux liquides non miscibles (propriété fondamentale) Expl : Chauffage de cyclohexane contenant un peu d eau -4-

5 Chauffage d un mélange quelconque Chauffage du mélange hétéroazéotropique Chauffage de deux liquides non miscibles : Propriété 1 : Propriété 2 : Application : Pourquoi le montage de Dean-Stark est-il utilisé pour augmenter le rendement de l acétalisation de la propanone, réalisée dans le cyclohexane (solvant organique non miscible avec l eau)? O HO OH [H+] + + O O OH 2-5-

2. Diagrammes de mélanges à miscibilité partielle à l état liquide 2.1. Courbe de démixtion sans changement d état Soient deux espèces A1 et A2 partiellement miscibles.

6 2. Diagrammes de mélanges à miscibilité partielle à l état liquide 2.1. Courbe de démixtion sans changement d état Soient deux espèces A1 et A2 partiellement miscibles. Que signifie que deux espèces sont partiellement miscibles? La solubilité d une espèce dans un milieu dépend-elle de la température? Le diagramme ci-dessous rend-il compte de ces deux résultats? -6-

Le diagramme de changement d état prend alors l allure suivante : Annoter le diagramme

7 2.2. Allure du diagramme binaire Parfois, des changements d état limitent le tracé complet de la courbe de démixtion. Le diagramme de changement d état prend alors l allure suivante : Annoter le diagramme de phases du mélange binaire A1/A2 présentant une miscibilité partielle à l état liquide : Domaine Nombre de phases Composition de chaque phase

8 De la miscibilité partielle à la miscibilité nulle Dans le cas des composés non miscibles à l état liquide, la démixtion est observée pour tout mélange des deux constituants, ce qui entraîne l impossibilité d observer des zones de miscibilité. Par conséquent, le domaine de non miscibilité est élargi jusqu à atteindre les abscisses associées aux corps purs. Miscibilité partielle à l état liquide Miscibilité nulle à l état liquide -8-

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