De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations.

Interprétation de l'équilibre liquide-solide

Considérons maintenant un mélange de et , de fraction molaire[1] en fixée et plaçons-le à très basse température :

Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solide : à basse températureInformationsInformations[2]
Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solide : à basse températureInformationsInformations[3]

La ligne est toujours en-dessous de la courbe d'enthalpie libre du liquide. Cela signifie que le mélange des deux solides purs (cristaux et et cristaux de ) a toujours une enthalpie libre plus faible que celle du liquide : l'état stable est bien le mélange de cristaux de et de (2 phases solides).

À une température plus élevée, nous pouvons avoir la configuration suivante :

Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solide : à haute températureInformationsInformations[4]
Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solide : à haute températureInformationsInformations[5]

L'enthalpie libre du mélange des deux solides (point ) est inférieure à celle du liquide de composition (point ). Cependant, on constate que l'on peut encore abaisser l'enthalpie libre du système en considérant une phase solide ( pur) en équilibre avec un liquide représenté par le point  : l'enthalpie libre résultante se lit au point . La position la plus basse possible du point se trouve lorsque le segment est tangent à la courbe d'enthalpie libre du liquide : on a alors un équilibre stable entre le solide et une phase liquide représentée par le point , l'enthalpie libre du système est alors représentée par le point .

Méthode

Dans le diagramme d'enthalpie libre, l'équilibre liquide-solide se détermine en traçant une tangente à la courbe d'enthalpie libre du liquide issue du point représentatif du solide.

On remarque que si on était parti de la composition globale , plus riche en constituant , on aurait obtenu un équilibre entre du solide pur et une solution liquide (segment ).

Enfin, pour une composition globale intermédiaire l'état stable du système est l'état de liquide homogène (il n'est pas possible d'abaisser l'enthalpie libre globale en faisant intervenir une phase supplémentaire).

Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solideInformationsInformations[6]
Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solideInformationsInformations[7]

À une température supérieure aux températures de fusion de chaque corps pur, le segment est toujours au-dessus de la courbe d'enthalpie libre du liquide : on ne peut pas tracer de tangente à la courbe issue de l'un ou l'autre des points et . Le mélange est à l'état de liquide homogène (pas de phase solide).

Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solideInformationsInformations[8]
Courbe d'enthalpie libre d'un équilibre liquide-solideInformationsInformations[9]
  1. fraction molaire

    La fraction molaire d'un constituant est le rapport du nombre de moles de ce constituant au nombre de moles total dans le mélange. Elle est notée dans une phase liquide et dans une phase vapeur

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