Variation de masse Thermogravimétrie

[tartiflette78]

Bonjour à tous,
Après quelques recherches, j'ai appris beaucoup mais n'ai pas trouvé ce que je cherchais, voilà donc ce que je vous propose auj.

En système clos, on a un équilibre (Clapeyron) entre deux phases Solide(Liquide) et Gaz
En système ouvert, cet équilibre se décale et favorise une phase plutôt qu'une autre (potentiels thermodynamiques)

Vient ensuite mon cas pratique, dans une enceinte semi ouverte (Flux de gaz entrant et sortant) je fais varier la T et favorise donc la création de phase gaseuse de mon composé solide à l'origine. J'ai donc ici à la fois un flux de gaz (240ml/mn donc non negligeable) qui "enlève" la phase gaseuse en surface de mon solide et une Rampe de T (5K/mn).

Dans ma machine je serais donc à V et P cte normalement.

Mon idée serait donc d'essayer d'exprimer ma perte de masse solide en fonction de la variation de T et du flux de gas, que je pourrai faire varier si necessaire.
Le but n'est pas forcément d'obtenir un resultat analytique calculable, mais plutôt une formulation empirique qui me permettrais de prévoir le comportement de mon matériau pour une Rampe de T plus élevée, plus faible, et pour un flux différent.

Es ce que je suis à coté de la plaque en posant le problème ?
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Avec un courant de gaz qui entre et qui sort, vous n’êtes certainement pas à volume constant.
Vous aurez probablement plus de gaz qui sort qui ne rentre à cause de la sublimation ou évaporation de votre composé.
Au revoir.

[polf]

Il me semble que l'équilibre des pressions peut être atteint à T constant, cependant si T varie, alors la pression partielle du gaz va varier proportionnellement à la température (PV=nRT).

1) Le solide ou liquide "génère" en permanence un flux de gaz proportionnel à la surface de contact, et dépendant de T. En approximation linéaire pour T (qui n'est pas linéaire), on peut donc écrire :
F1 = (a.T+b).S F1 étant un flux entrant de gaz, T la température, S la surface

2) En réaction, le gaz regénère du solide ou liquide en fonction de sa pression partielle et de la surface de contact.
F2 = Pp.S

3) Il y a un flux de gaz sortant. Cependant si la température varie, alors la pression varie et le flux sortant du système aussi. Ceci complique les choses car on n'atteint pas un équilibre, et les calculs ne se font pas en régime permanent. Ca n'empêche pas de les faire, si on détermine :
F3 = f(Pp)

4) Alors le système donne :

F1 -F2 -F3 = 0

[polf]

Rectification : F2 = k.Pp.S

[A voir en vidéo sur Futura]

[Boumako]

Bonjour

La température permet de calculer la pression partielle du composé, pas en utilisant PV=nRt comme dit plus haut, mais par le biais de la courbe d'équilibre.
Cette pression partielle correspond à la concentration molaire dans le gaz vecteur, à un coefficient près qui est fonction de la trajectoire du flux d'air. En 1ere approximation on peut supposer que l'enceinte est parfaitement homogénéisée.

[polf]

La température permet de calculer la pression partielle du composé, pas en utilisant PV=nRt comme dit plus haut, mais par le biais de la courbe d'équilibre.

La courbe d'équilibre représente les valeurs atteintes ... à l'équilibre.
Or, dans ce système ouvert, il n'y a pas d'équilibre, puisque l'expérience prend fin quand il n'y a plus de solide ni liquide.

[Boumako]

Il y a forcément équilibre entre la phase solide ou liquide et la phase gazeuse ;
***** provocation mal polie *********

[tartiflette78]

Bonjour à tous,

Tout d'abord, merci pour vos réponses.

Ensuite @polf, le système n'est pas un alambic, c'est une machine de TGA Q5000IR, couplée avec un spectromètre, pas aussi funky qu'un alambic en soi.
Pour ce qui est du problème, travailler avec PV=nRT serait peut etre plus pratique (même si cette option ne fait visiblement pas l'hunanimité), au moins en première approximation pour obtenir mes Pp et ca me permettrai ensuite de retrouver ma masse, puisque c'est sa variation qui m'interesse ici.

Sinon pour le reste, au vu des conditions exp, ne peut on pas négliger la condensation du gaz (F2 selon @polf), vu que le gaz (F1) créé est directement "ventilé" par mon gaz vecteur (F3) (azote inerte cela dit en passant). Si on consière le que le flux F1 est créé puis disparait, le gaz ne reste pas assez longtemps pour recondenser soit F2=0 ?
Ensuite pour trouver la relation de F1 par rapport à T, es ce qu'un Fit gaussien sur ma courbe de dm/dTserait suffisant sachant que je ne peux pas calculer la surface active de mon échantillon...elle est juste considéré relativement faible, 1mg<m0<10mg.

En terme des flux, il me resterait donc une somme de deux flux, F1=f(T) créé par mon échantillon, F3 mon flux sortant, étant donc la somme de mon flux entrant et F1 non ?

Pour mettre en équation ma masse, il me reste ensuite à étudier F1, sa pression partielle dans l'enceinte (à partir de pvnrt), supposée homogène et emplie d'un mélange azote/échantillon gazeux (nombreuses approx. ici).

[tartiflette78]

Bonjour,

Alors effectivement, je comprend ton point ici.
On pourrai alors essayer de modéliser une version simplifiée du problème, si on considère une expérience en saut de T puis isotherme dans une enceinte à volume expansif, on pourrait alors exprimer la variation de volume du à la création du gaz grâce à Clapeyron non ? du coup, on oublie le gaz vecteur pour le moment, on aurait P cte et T cte, ce qui simplifierai bcp le problème mais permettrai déjà une première mise en équation. Ça te paraitrai possible ?

[Boumako]

Non ce n'est pas nécessaire. Il y a augmentation du volume gazeux, mais le seul paramètre important est la température à l'équilibre, qui va définir les concentrations finales.
Si par exemple de l'air sec à 20°C entre dans une enceinte à 40°C contenant de l'eau liquide on a une PVsat de d'environ 45mb. Si la pression totale est de 1000mb alors le gaz qui sort de l'enceinte a une concentration molaire de 45 / 1000. Le reste, composé d'air, a une concentration de (1000 - 45) / 1000.
Ceci ne vaux que pour un équilibre parfait, c'est à dire que la totalité des molécules entrent en contact avec l'eau, sans quoi on ajoute simplement un terme correspondant à une efficacité d'échange.
Si l'eau est contenant sur un support (un morceau de bois par exemple) il faut aussi prendre en compte l'isotherme de désorption et la cinétique de diffusion dans ce support (ce qui est d'un tout autre niveau en terme de modélisation).

[tartiflette78]

Merci pour votre aide les enfants, si un modérateur veut bien fermer le débat avant que ces gens commencent à s'insulter.
Pour le reste je vais continuer la recherche bibliographique, bonne journée.