ÉTUDE DE L’ÉQUILIBRE LIQUIDE-GAZ
8 Étude de l’équilibre liquide-gaz
Dans ce paragraphe on s’intéresse à l’équilibre entre un corps pur sous les formes liquide et
gaz. Dans ce contexte, le gaz est fréquemment désigné par le mot « vapeur ».
8.1 Pression de vapeur saturante
La pression d’équilibre entre le liquide et le
gaz à la température T , P L−G (T ), est appelée
pression de vapeur saturante. Dans la suite
on la notera P sat (T ), selon l’usage le plus répandu.
La courbe représentative de P sat (T ) en fonction de T commence au pont triple et se terme
au point critique.
C’est, dans le plan (P, T ), le lieu des points où
il y a équilibre entre le liquide et la vapeur. Elle
sépare le domaine où le corps pur est liquide
du domaine où il est gazeux.
P
P sat (T )
T
T
T Tr
Tr
C
T C
L
G
Figure 21.14 – Courbe P sat (T ).
Pour un système contenant un corps pur, à la température T et la pression P :
• si P < P sat (T ), le système à l’équilibre ne contient que de la vapeur, qualifiée de
« vapeur sèche » ;
• si P = P sat (T ), le système à l’équilibre contient à la fois du liquide et de la vapeur ;
• si P > P sat (T ), le système à l’équilibre ne contient que du liquide.
On ne peut donc pas observer de vapeur sèche pour une pression supérieure à la pression de
vapeur saturante.
Exemple
On introduit dans une enceinte de volume V une masse m = 100 g d’eau liquide. L’enceinte est maintenue à la température T = 423 K, température à laquelle la pression de
vapeur saturante de l’eau est P sat = 4,76 bar. On veut déterminer l’état d’équilibre atteint
par l’eau pour V = V 1 = 50 L, puis pour V = V 2 = 1 L.
On fait l’hypothèse que la vapeur d’eau se comporte comme un gaz parfait. Le volume
massique de l’eau liquide à la température de l’expérience est v L = 1,09.10 −3 m 3 ·kg −1 .
La masse molaire de l’eau est M eau = 18,0.10 −3 kg·mol −1 .
On se sait pas a priori si dans le système à l’état final l’eau est sous forme liquide uniquement, à la fois sous forme liquide et vapeur ou bien sous forme vapeur uniquement.
On commence par supposer qu’il n’y a que de la vapeur. La pression est alors donnée
par la formule des gaz parfaits :
P =
mRT
M eau V
.
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8 Étude de l’équilibre liquide-gaz
Dans ce paragraphe on s’intéresse à l’équilibre entre un corps pur sous les formes liquide et
gaz. Dans ce contexte, le gaz est fréquemment désigné par le mot « vapeur ».
8.1 Pression de vapeur saturante
La pression d’équilibre entre le liquide et le
gaz à la température T , P L−G (T ), est appelée
pression de vapeur saturante. Dans la suite
on la notera P sat (T ), selon l’usage le plus répandu.
La courbe représentative de P sat (T ) en fonction de T commence au pont triple et se terme
au point critique.
C’est, dans le plan (P, T ), le lieu des points où
il y a équilibre entre le liquide et la vapeur. Elle
sépare le domaine où le corps pur est liquide
du domaine où il est gazeux.
P
P sat (T )
T
T
T Tr
Tr
C
T C
L
G
Figure 21.14 – Courbe P sat (T ).
Pour un système contenant un corps pur, à la température T et la pression P :
• si P < P sat (T ), le système à l’équilibre ne contient que de la vapeur, qualifiée de
« vapeur sèche » ;
• si P = P sat (T ), le système à l’équilibre contient à la fois du liquide et de la vapeur ;
• si P > P sat (T ), le système à l’équilibre ne contient que du liquide.
On ne peut donc pas observer de vapeur sèche pour une pression supérieure à la pression de
vapeur saturante.
Exemple
On introduit dans une enceinte de volume V une masse m = 100 g d’eau liquide. L’enceinte est maintenue à la température T = 423 K, température à laquelle la pression de
vapeur saturante de l’eau est P sat = 4,76 bar. On veut déterminer l’état d’équilibre atteint
par l’eau pour V = V 1 = 50 L, puis pour V = V 2 = 1 L.
On fait l’hypothèse que la vapeur d’eau se comporte comme un gaz parfait. Le volume
massique de l’eau liquide à la température de l’expérience est v L = 1,09.10 −3 m 3 ·kg −1 .
La masse molaire de l’eau est M eau = 18,0.10 −3 kg·mol −1 .
On se sait pas a priori si dans le système à l’état final l’eau est sous forme liquide uniquement, à la fois sous forme liquide et vapeur ou bien sous forme vapeur uniquement.
On commence par supposer qu’il n’y a que de la vapeur. La pression est alors donnée
par la formule des gaz parfaits :
P =
mRT
M eau V
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