Exercice : Transformation liquide-solide : Expression du potentiel chimique pour un solide pur en fonction du potentiel chimique du liquide
Expression du potentiel chimique pour un solide pur en fonction du potentiel chimique du liquide.
Question
Dans cet exercice, on vous demande de démontrer l'expression du potentiel chimique du corps pur à l'état solide\[{\mu }^{S\mathrm{pur}}\left(T,P\right)\] en fonction du potentiel chimique du corps à l'état liquide \[{\mu }^{L\mathrm{pur}}\left(T,P\right)\]. Le solide et le liquide seront considérés comme incompressibles.
Indice
Il faut tout d'abord décomposer la transformation \[\textrm{liquide pur à }T,P \to \textrm{solide pur à }T,P\] en étapes élémentaires.
Indice
Dans le cas d'un corps pur, il faut ensuite donner l'expression du potentiel chimique en fonction de l'énergie interne, le volume molaire, l'entropie, la température et la pression.
Indice
Il faut écrire la variation d'énergie interne et d'entropie pour chaque étape.
Étape 1 | Étape 2 | Étape 3 | Étape 4 | Étape 5 | |
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\(L\) à \(T, P\) \(\rightarrow\) \(L\) à \(T, P_0\) | \(L\) à \(T, P_0\)\(\rightarrow\)\(L\) à \(T_f, P_0\) | \(L\) à \(T_f, P_0\)\(\rightarrow\)\(S\) à \(T_f, P_0\) | \(S\) à \(T_f, P_0\)\(\rightarrow\)\(S\) à \(T_f, P\) | \(S\) à \(T_f, P\)\(\rightarrow\)\(S\) à \(T, P\) | |
\(\Delta s\) | 0 | \(c_{p_L}\left(T_f-T \right)\) | \(-\Delta h_f(T_f,P_0) + P_0 \left(v_L-v_S \right)\) | \(c_{p_S}\left(T-T_f \right)\) | 0 |
\(\Delta s\) | 0 | \(c_{p_L}\ln \left(\frac{T_f }{ T} \right)\) | \(\frac{-\Delta h_f\left(T_f,P_0\right)} { T_f}\) | \(c_{p_S}\ln \left(\frac{T}{T_f} \right)\) | 0 |
\(\Sigma \Delta u\) | \(u_S(T,P)=u_L(T,P)+\left(c_{p_L}-c_{p_S} \right)\left(T_{f}-T \right)-\Delta h_f + P_0 \left(v_L-v_S \right)\) | ||||
\(\Sigma \Delta s\) | \(s_S(T,P)=s_L(T,P)+\left(c_{p_L}-c_{p_S} \right)\ln \left(\frac{T_{f}} {T} \right)-\frac{\Delta h_f(T_f,P_0)} { T_f}\) |
Indice
Finalement, il faut remplacer l'expression de l'énergie interne et de l'entropie dans l'expression du potentiel chimique du solide.