azeotrope

[Daral]

boujours j'ai un petit problème je suis penché depuis une heure sur un graphique portant sur un mélange azéotrope et je ne le comprend toujours pas, quelqu'un pourait m'expliquer



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[Boumako]

Bonjour Daral

Qu'est ce que tu ne comprend pas ?

[Daral]

je comprend pas son interpretation, si tu pouvais juste me donner un exemple d'interpretation pour ce graphique ca serait bon

[Boumako]

Sur ce graphique tu vois la température d'ébullition de chaque composé pur aux extrémités (100°C pour l'eau et 86°C pour HNO3).
Entre les 2 points on a une courbe rose qu'on apelle courbe de rosée et une bleue qu'on appelle courbe de bulle.
La courbe de bulle indique à partir de quelle température, pour un mélange donné, on commence à observer une ébullition.
La courbe de rosée indique à partir de quelle limite de température, pour une composition donnée, la totalité du mélange est sous forme vapeur. C'est aussi à cette limite qu'inversement le mélange commence à se condenser.

Ce graphique permet également de voir, pour une composition de liquide donnée, la composition de la vapeur à l'équilibre au dessus du liquide ; c'est ce qui est symbolisé par le segment bleu clair. La composition C2 (environ 80% de HNO3) produit une vapeur avec un titre que l'on peut lire à l'extrémité droite du segment (environ 90% de HNO3).

Tu peux voir que ces courbes se rejoignent en un point qu'on appelle azéotrope. Sur ce point la température d'ébullition est égale à la température de condensation. Il en résulte que si on distille cette composition précise la vapeur aura la même composition.

Le diagramme en lui même est particulier car il s'agit d'un azéotrope à maxima, ce qui est peu fréquent. Généralement le point d'azéotropie a une température d'ébullition plus basse que celle des 2 autres composés.

[A voir en vidéo sur Futura]

[PA5CAL]

Bonsoir

Des explications sur la lecture des diagrammes binaires ont déjà été données sur le forum.

Par exemple par ici.

[Daral]

d'accord mais alors pourquoi quand le melange commence a boullir et finir par compltemenent se transformer en vapeur la quantité en % des deuc constituant change est-ce a cause du volume qui est plus grand a l'état de vapeur que a l'état liquide ?

[PA5CAL]

La quantité totale d'un composé sous ses différentes phases, qui s'exprime relativement à la quantité de matière (nombre de moles) et non pas au volume, ne change pas.

Si tout le liquide passe en phase vapeur, alors les % avant et après sont forcément les mêmes. Si l'on trouve qu'il en est autrement, alors c'est qu'on s'est trompé dans l'interprétation du diagramme.

[Boumako]

Il faut un peu nuancer cette réponse : Si on fait bouillir un mélange qui n'est pas à l'azéotrope alors la vapeur aura une composition différente, donc la composition du liquide s'en trouvée modifiée. Par contre une fois que la totalité du liquide est évaporée on retrouve sous forme vapeur la même quantité de matière que ce que l'on avait initialement.

[PA5CAL]

Si on fait bouillir un mélange qui n'est pas à l'azéotrope alors la vapeur aura une composition différente, donc la composition du liquide s'en trouvée modifiée.

C'est la raison pour laquelle j'ai bien précisé « Si tout le liquide passe en phase vapeur... ».

[Boumako]

Oui bien sur, il ne fallait pas prendre mon message pour une correction du tiens, mais comme une précision supplémentaire car la question de Daral me semblait ambigüe.

[Daral]

et pour la composition est ce que il faut ici forcement 68% d'acide nitrique et 32% d'eau pour que le mélange soit azeotrope ou c'est seulement un exemple

[PA5CAL]

Pour le mélange eau/acide nitrique, c'est forcément 32%/68% dans les conditions normales. Mais ce rapport peut varier avec la pression, et il sera aussi différents avec d'autres composés chimiques.

[Daral]

encore une chose si on prend une compostion de mélange par exemple de 10% d'eau et 90% acide a environ 70°C logiquement la
courbe violet devrait indiquer une compostion de la vapeur de 100% d'acid et 0% d'eau car l'eau bout a 100°C alors pourquoi c'est pas le cas, et pourquoi on parle d'evaporation totale du liquide pour la courbe violet si a la fin il doit rester un liquide constituer que d'eau et de la vapeur constituer que d'acide?

[Boumako]

Si tu as 10% d'eau et 90% d'HNO3, et que tu places ce mélange à 70°C il ne se passera rien du tout, tu es en dessous de la courbe de bulle. Si tu augmentes la température jusqu'à 93°C des bulles vont commencer à apparaitre, et la vapeur qui va s’échapper contiendra environ 95% d'HNO3.

On a une évaporation totale du liquide en dessous de 100°C car il ne s'agit pas d'eau justement. Sur le graphique tu peux vérifier qu'à 100% d'eau tu es bien à 100°C.

[Daral]

oui mais alors dans ton exemple les 5% qui sont sous forme vapeur avec les 95 % d'acid c'est de l'eau non

[Boumako]

Oui il s'agit toujours d'un mélange d'eau et d'acide.

[Daral]

alors au finale si j'ai compris quand est pas a l'azeotrope le mélange qui contient par exemple 20%d'eau et 80%d'ethanol quand il est entierement
sous forme vapeur contient la meme quantité en mol de ces substance que quand il était a l'état liquide mais dans d'autre proportion comme par
ex: 10%d'eau et 90%d'éthanol ce qui fait aussi 100% comme quand il était a l'état liquide. Ce qui n'est pas le cas de l'azeotrope
qui si a l'état liquide contient 15%d'eau et 85% d'éthanol contiendra une fois entierment vaporiser aussi 15%d'eau et 85%d'éthanol.

[Boumako]

Je n'ai pas très bien compris ta remarque. Si tu vaporises totalement un mélange, quel qu'il soit, tu aura la même quantité de matière qu'au départ.
Par contre (et c'est peut être le sens de ta question) si tu chauffes un mélange qui n'est pas à l'azéotrope il va produire une vapeur de composition différente du liquide, donc la composition du liquide va être modifiée au fil du temps.
Si tu es à gauche (sur ton diagramme) du point de l'azéotrope le liquide deviendra de plus en plus riche en eau, et inversement il va s'enrichir en acide si tu es à droite de ce point.

[Daral]

ce que j'ai voulut dire c'était si tu pouvais confirmer c'est si cette exemple interprétation : si on prend le rectangle en bleu ciel on voit que a l'état liquide on a 70% d'acide et 30% et quand on prend l'état de vaporisation totale on a 80%d'acid et 20% d'alcool environ mais on finale malgrés cette divergence de pourcentage on a la meme quantité d'acide et d'eau ,et cette exemple interpration: l'aezotrope alors si a l'etat liquide contient par exemple 80%d'eau et 20%d'acid a l'état de vapeur il contiendra aussi 80%d'eau et 20%d'acid contrairement à un melange qui est pas a l'azeotrope était juste

[Daral]

sinon ci ce que je dit est un peut ambigué dit moins juste pourquoi pour l'exemple avec le rectangle en bleu ciel la composition du mélange liquide en eau et acide en % varie
par rapport avec la compostion en eau et acide % a l'état gazeux du mélange parceque c'est la dessus que je bloque

[PA5CAL]

Je ne comprends pas...

Je soupçonne un problème d'interprétation ou d'utilisation du diagramme binaire.

En effet, il n'y a pas de raison de faire figurer un rectangle. Sur le diagramme, le mélange est représenté par une ligne verticale, donnant les proportions molaires des deux composés. Sur la ligne horizontale représentant la température du mélange, les distances de chacune des courbes à cette ligne verticale indiquent les proportions des composés dans chacune des phases.

Quand un rectangle apparaît, c'est par exemple pour figurer le résultat d'une distillation, c'est-à-dire une opération où la quantité de matière considérée et les proportions globales des composés varient.

[Daral]

avant tu as dit "Par contre (et c'est peut être le sens de ta question) si tu chauffes un mélange qui n'est pas à l'azéotrope il va produire une vapeur de composition différente du liquide" et je voudrai savoir pourquoi cette composition est differente ?

[PA5CAL]

je voudrai savoir pourquoi cette composition est differente ?

Les deux composés étant différents, ils n'ont a priori aucune raison de s'évaporer ou de se liquéfier de la même façon.

C'est du reste que qu'on constate dans la réalité (à l'exception remarquable du cas des azéotropes), et ce dont le diagramme binaire se contente de rendre compte à l'aide de sa paire de courbes.

[Daral]

tu peux un peu développer ta première phrase histoire de comprendre
et quand tu parle de composition c'est bien les pourcentage ?

[PA5CAL]

Il n'y a rien à comprendre. Un diagramme binaire présente seulement le constat d'une réalité expérimentale, et n'est fait que pour être lu. La méthode pour en extraire les informations demande juste à être apprise et appliquée.

Pour rappel :



• X représente la composition de l'ensemble du mélange à la température considérée, toutes phases confondues :
¨ ¨ ¨ ¨ x_A = 1–x_B = AX/AB
¨ ¨ ¨ ¨ x_B = 1–x_A = XB/AB
• V représente la composition de la phase vapeur :
¨ ¨ ¨ ¨ A_vapeur = AV/AB
¨ ¨ ¨ ¨ B_vapeur = VB/AB
• L représente la composition de la phase liquide :
¨ ¨ ¨ ¨ A_liquide = AL/AB
¨ ¨ ¨ ¨ B_liquide = LB/AB
• sur le segment VL, X représente la proportion de liquide et de solide dans le mélange :
¨ ¨ ¨ ¨ phase liquide = VX/VL
¨ ¨ ¨ ¨ phase vapeur = XL/VL

(Multiplier par 100 pour avoir des %)


Quant aux raisons profondes pour lesquelles les composés se comportent de cette manière, je ne vais pas me lancer dans l'exposé d'un cours de chimie avancé pour les exposer. D'ailleurs, à mon sens, ce n'est pas le rôle d'un forum d'exposer ces informations qui réclameraient plus d'un livre pour être développées.

[Daral]

donc au finale, pas meme compostion pour 2 etat different(liquide,gaz) mais meme quantité de matière

[PA5CAL]

Il faut formuler la chose avec plus de rigueur, sinon on risque de faire comprendre l'inverse de ce qu'on veut dire.

Sans apport ni prélèvement de matière, la quantité totale (liquide + vapeur) de chacun des composés ne change pas lorsqu'on fait varier la température, mais :
- leur quantité dans une phase considérée (liquide ou vapeur) évolue avec la température au cours de la transformation d'une phase à l'autre,
- hormis le cas particulier du mélange azéotropique, cette évolution n'est pas la même pour les deux composés. L'un est plus volatile que l'autre, et tend donc à se trouver en plus grande quantité sous forme de vapeur que sous forme de liquide.

Donc, en règle générale (i.e. hors azéotrope), les proportions relatives entre les deux composés ne sont pas les mêmes dans chacune des phases et que dans l'ensemble de la masse considérée, tant que les deux phases sont bien présentes.

[Daral]

si je resume de manière simpliste c'est comme si je fesait ex:à 85°C on a30g d'acid(phase liquide) dans le mélange+50g d'acid(phase gazeuse)dans le mélange=80g d'acid dans le mélange gazeux + liquide
à 95°C .On a 70g d'acide(phase liquide) dans le melange +10g d'acide(phase gazeuse)dans le mélange=80g
d'acid dans le mélange gazeux + liquide.
à 85°C on a par exemple 40g d'acid(phase liquide) dans le mélange + 20 g d'acid(phase gazeuse) dans le mélange gazeux+liquide =60g.
et à 95°C on a par exemple 10g d'acide(phase liquide) dans le mélange+50 g d'acide(phase gazeux) dans
le mélange gazeux + liquide = 60g.
je sais pas si tu vois ce que je veux dire mais je peut pas faire mieux qu'avec des exemple
sinon pour la dernière phrase sela veut dire que lorsqu'on distingue plus que la phase vapeur on a par exemple pour le mélange vapeur a 85°c 40gd'acide(phase liquide)+ 40gd'acide(phase vapeur)=80g acide (phase vapeur+liquide) et aussi 40gd'eau (phase vapeur) +40gd'eau(phase liquide)=80g d'eau(phase vapeur+liquide)

[Daral]

ne tient pas compte du paragraphe après le sinon car je me suis tromper dans mon raisonnement

[jeanne08]

Je crois comprendre un peu ce qui te gène : il ne faut pas confondre quantités de matière et composition.
On va reprendre le diagramme simple du post 25
Soit un liquide avec 80 mol de B et 20 mol de A en train de bouillir . Il emet une vapeur avec 20% de B et 80% de A.
Imaginons que l'on recueille 10 mol de vapeur soit 2 mol de B et 8 mol de A . Le liquide restant contient alors 78 mol de B et 12 mol de A soit un pourcentage de B de 87% . tu vois que le liquide restant s'est enrichi en B ( en proportion )