TP de Thermodynamique - mélanges binaires : diagramme isobare liquide-vapeur

Résumé du document

Cette étude permet de tracer les courbes d'ébullition et de rosée d'un diagramme binaire isobare liquide-vapeur. Nous pourrons déterminer les coordonnées de l'azéotrope ainsi obtenu et également tracer les coefficients d'activité et l'enthalpie libre d'excès en fonction de la composition en acétone.
Nous disposons d'un montage de distillation. Pour des raisons d'optimisation du temps de travail, nous nous sommes partagé le travail en deux groupes. Nous nous sommes donc occupés des fractions 1 à 4. Pour différentes compositions, nous avons soigneusement noté la température d'ébullition du mélange (température stable pour laquelle nous avions un reflux régulier) et avons prélevé un échantillon des fractions en liquide et en vapeur en faisant attention à ne pas en prélever trop.
Il est réalisé par mesure d'indice de réfraction à l'aide d'un réfractomètre. Chaque prélèvement de fraction liquide et vapeur a été analysé au réfractomètre afin de relever son indice de réfraction. Pour déterminer la composition de nos fractions, nous avons préalablement réalisé un abaque représentant les indices de réfraction mesurés pour des mélanges de composition connue.

Extraits

[...] TP de Thermodynamique : mélanges binaires : diagramme isobare liquide-vapeur But de la manipulation : Cette étude permet de tracer les courbes d'ébullition et de rosée d'un diagramme binaire isobare liquide-vapeur. Nous pourrons déterminer les coordonnées de l'azéotrope ainsi obtenu et également tracer les coefficients d'activité et l'enthalpie libre d'excès en fonction de la composition en acétone. Manipulation a. Obtention des fractions liquide et vapeur Nous disposons d'un montage de distillation. Pour des raisons d'optimisation du temps de travail, nous nous sommes partagés le travail en deux groupes. [...]

[...] En effet, ici, les interactions favorisent la phase liquide par rapport à la phase vapeur, donc la phase liquide passe sous forme vapeur plus tard en température. Nous obtenons donc une enthalpie libre d'excès négative. Mais on remarque que là où la plus grande différence se fait sentir entre la courbe expérimentale et la courbe théorique, cela correspond aux compositions où le coefficient d'activité expérimental n'était pas bon. Cela justifie déjà l'écart relevé. Cependant, à ce niveau il devient difficile d'évaluer les causes probables de déviation : en effet, l'enthalpie libre est issue d'un calcul où interviennent d'autres valeurs calculées et où les sources d'incertitude sont nombreuses : incertitude sur la mesure de sur la détermination des fractions molaires, sur le calcul des coefficients d'activité (car incertitude sur la détermination des fractions molaires et sur la lecture des pressions de vapeur saturante), ce qui au final fait beaucoup d'incertitudes. [...]

[...] Tracé du diagramme isobare liquide-vapeur Grâce à l'abaque des indices de réfraction et à la mesure de ceux-ci pour toutes les fractions liquide et vapeur prélevées, nous avons pu tracé le diagramme binaire acétone-chloroforme. L'abaque des indices de réfraction : À partir de l'équation de la courbe de tendance associée, nous avons pu en déduire la fraction en liquide et en vapeur de nos prélèvements. Le tableau suivant réunit nos résultats : On obtient le diagramme binaire expérimental suivant : Nous lui avons superposé le diagramme idéal (valeurs issues de la table fournie, jointe à l'énoncé). [...]

[...] Cette valeur correspond à l'intersection des deux courbes, là où la composition en phase liquide est égale à celle de la phase vapeur. c. Tracé des cœfficients d'activité en fonction de xacétone Le diagramme obtenu présente un azéotrope comme nous l'avons vu ci- dessus, le comportement du mélange acétone-chloroforme a donc un comportement non idéal, c'est pourquoi on cherche à calculer les coefficients d'activité et l'enthalpie libre d'excès. On utilise la formule donnant les coefficients d'activité des composants d'un mélange binaire à basse pression, en considérant la vapeur comme idéale : Nous avons donc tracé les courbes γi=f(x (acétone)) et leur avons superposés les valeurs calculées à partir de la littérature. [...]

[...] Conclusion Ce TP nous a permis de tracer un diagramme isobare liquide vapeur du mélange acétone chloroforme. En fait, ce TP pourrait se faire à la suite du TP portant sur la démixtion. En effet, celui-ci a été effectué à des températures plus basses, ainsi on a pu tracer la courbe de démixtion du liquide. A des températures plus élevées, dans notre cas, on a un phénomène de changement de phase et on trace donc le diagramme liquide –vapeur. [...]