CHAPITRE 21 – SYSTÈME THERMODYNAMIQUE À L’ÉQUILIBRE
b) Interprétation du diagramme
Identification des zones On peut retrouver facilement sur un diagramme simple comme
ceux des figures 21.10 et 21.11 l’attribution des trois zones aux phases solide, liquide et gaz :
• la phase stable pour les plus hautes pressions et les plus basses températures est la phase
solide,
• le liquide est stable pour des pressions plus élevées que le gaz.
Condition d’équilibre entre deux phases Deux phases différentes ne coexistent à l’équilibre que sur la courbe du diagramme (P, T ) qui sépare leurs zones de stabilité. Ceci impose
une relation entre la pression P et la température T appelée la condition d’équilibre de diffusion :
Un corps ne peut exister à l’équilibre simultanément dans deux phases différentes I et
II que si la pression et la température vérifient :
P = P I−II (T )
où P I−II (T ) est la pression d’équilibre à la température T pour les phases I et II de ce
corps pur.
La courbe séparant les zones de stabilité des phases I et II dans le diagramme de phases
(P, T ) est la représentation graphique de la pression d’équilibre P I−II en fonction de T .
Exemple
Sur le diagramme de l’eau figure 21.12 on retrouve des valeurs connues :
• P L−G (373, 15K) = 1 bar, ce qui correspond au fait que l’eau bout à 100˚C ;
• P S−L (273, 15K) = 1 bar, ce qui correspond au fait que l’eau gèle à 0˚C.
Sur le diagramme du dioxyde de carbone figure 21.13, on lit que P S−G (−78, 5˚C) =
1 bar. Ainsi, sous une pression de 1 bar le gaz se transforme en solide (neige carbonique)
à la température de −78, 5˚C.
Point triple Il existe sur le diagramme un point, appelé point triple, où les trois phases
solide, liquide et gaz coexistent à l’équilibre. C’est le point noté T r sur le diagramme, dont
les coordonnées (P T r , T T r ) sont telles que :
P T r = P S−L (T T r ) = P L−G (T T r ) = P S−G (T T r ).
Les coordonnées du point triple sont caractéristiques du corps pur.
Exemple
Les coordonnées du point triple de l’eau sont : T T r ,H 2 O = 273,16 K et P T r ,H 2 O = 611 Pa.
Les coordonnées du point triple du dioxyde de carbone sont : T T r ,CO 2 = 56,4 K et P T r ,CO 2 =
5,11 bar.
Point critique On peut constater sur les figures 21.10, 21.11 et 21.13 que la courbe d’équilibre entre le liquide et le gaz s’interrompt en un point noté C. Ce point est appelé point
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b) Interprétation du diagramme
Identification des zones On peut retrouver facilement sur un diagramme simple comme
ceux des figures 21.10 et 21.11 l’attribution des trois zones aux phases solide, liquide et gaz :
• la phase stable pour les plus hautes pressions et les plus basses températures est la phase
solide,
• le liquide est stable pour des pressions plus élevées que le gaz.
Condition d’équilibre entre deux phases Deux phases différentes ne coexistent à l’équilibre que sur la courbe du diagramme (P, T ) qui sépare leurs zones de stabilité. Ceci impose
une relation entre la pression P et la température T appelée la condition d’équilibre de diffusion :
Un corps ne peut exister à l’équilibre simultanément dans deux phases différentes I et
II que si la pression et la température vérifient :
P = P I−II (T )
où P I−II (T ) est la pression d’équilibre à la température T pour les phases I et II de ce
corps pur.
La courbe séparant les zones de stabilité des phases I et II dans le diagramme de phases
(P, T ) est la représentation graphique de la pression d’équilibre P I−II en fonction de T .
Exemple
Sur le diagramme de l’eau figure 21.12 on retrouve des valeurs connues :
• P L−G (373, 15K) = 1 bar, ce qui correspond au fait que l’eau bout à 100˚C ;
• P S−L (273, 15K) = 1 bar, ce qui correspond au fait que l’eau gèle à 0˚C.
Sur le diagramme du dioxyde de carbone figure 21.13, on lit que P S−G (−78, 5˚C) =
1 bar. Ainsi, sous une pression de 1 bar le gaz se transforme en solide (neige carbonique)
à la température de −78, 5˚C.
Point triple Il existe sur le diagramme un point, appelé point triple, où les trois phases
solide, liquide et gaz coexistent à l’équilibre. C’est le point noté T r sur le diagramme, dont
les coordonnées (P T r , T T r ) sont telles que :
P T r = P S−L (T T r ) = P L−G (T T r ) = P S−G (T T r ).
Les coordonnées du point triple sont caractéristiques du corps pur.
Exemple
Les coordonnées du point triple de l’eau sont : T T r ,H 2 O = 273,16 K et P T r ,H 2 O = 611 Pa.
Les coordonnées du point triple du dioxyde de carbone sont : T T r ,CO 2 = 56,4 K et P T r ,CO 2 =
5,11 bar.
Point critique On peut constater sur les figures 21.10, 21.11 et 21.13 que la courbe d’équilibre entre le liquide et le gaz s’interrompt en un point noté C. Ce point est appelé point
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