Diagramme simple avec un eutectique
Le programme mis à votre disposition permet de tracer ce diagramme d'enthalpie libre, avec les tangentes correspondant à des équilibres stables, à différentes températures.
Nous prenons ici comme corps \(A\) le para-xylène (1,4-diméthylbenzène) et comme corps \(B\) l'orthoxylène (1,2-diméthylbenzène). Les températures de fusion et les enthalpies de fusion des xylènes sont données dans le tableau ci-dessous. Le mélange liquide de ces deux molécules très similaires peut être considéré comme idéal.
\(T^{(f)}\) (K) | \(\Delta h^{(L-S)}\) (kJ/mol) | |
|---|---|---|
orthoxylène | 248,15 | 12,97 |
métaxylène | 220,15 | 11,3 |
paraxylène | 286,35 | 16,74 |
Vérifiez que le système sélectionné est bien p-xylènes \((A)\) - o-xylène \((B)\).
Simulation : Système p-xylène - o-xylène
Vous pouvez faire varier la température entre 220K et 300K. Le programme fournit deux figures :
en haut, le diagramme d'enthalpie libre, qui montre tous les états stables possibles à une température donnée. La position des deux solides est repérée par un losange bleu, et les points représentatifs sont reliés par une ligne pointillée pour une meilleure visualisation. Les phases qui coexistent dans les états stables sont repérées par des cercles bleus (phases solides) ou rouges (phases liquides). Les tangentes entre les points représentatifs des solides et la courbe d'enthalpie libre du liquide sont tracées en vert.
sur la figure du bas, les compositions des phases qui coexistent sont placées (en abscisse) pour chaque valeur de la température (en ordonnée).
On peut aussi, en cochant la case "calcul d'équilibre" et en renseignant la composition globale du système, demander le calcul d'un équilibre particulier. La nature et la composition des phases à l'état stable sera alors calculée, et le point représentatif du mélange global sera placé sur chacun des diagrammes (croix noire).
Lorsque la température varie, les points représentatifs des phases liquides sur le diagramme (composition, température) forment des courbes, et on obtient la figure suivante :
Ce diagramme est en fait un diagramme de phases, dans lequel tout point correspond à un état du système de composition globale et température fixées. On y voit apparaître les domaines de coexistence des solides \(A\) et \(B\), d'un solide et d'une phase liquide, ou le domaine d'existence d'un liquide homogène.
Dans le diagramme, les deux courbes représentent les phases liquides en équilibre avec chacun des solides : il s'agit des courbes de solubilité de \(A\) et de \(B\) dans le mélange liquide. Ces deux courbes représentent aussi la limite entre le domaine liquide homogène et les domaines diphasiques : on les appelle "liquidus".
La droite bleue à la température de 238K sépare le domaine solide (en fait, il s'agit d'un mélange de cristaux de \(A\) et \(B\)) des domaines diphasiques liquide-solide : on l'appelle "solidus".
Un point très particulier du diagramme est le point d'intersection des deux courbes de solubilité, que l'on appelle eutectique[3] (point \(E\)). Sur le diagramme d'enthalpie libre, la température eutectique[3] correspond à la situation où la droite \(AB\) est tangente à la courbe d'enthalpie libre du liquide, la composition eutectique[3] étant précisément celle du point de tangence.
Les principales propriétés de l'eutectique[3] :
la température eutectique[3] est la température la plus basse à laquelle on puisse observer une phase liquide ;
la température eutectique[3] est inférieure aux températures de fusion de chacun des corps purs : si on mélange, à une température \(T\) maintenue constante et légèrement supérieure à \(T_E\), les solides purs dans les proportions correspondant à la composition eutectique[3], on obtiendra une phase liquide homogène (phénomène bien connu du salage de routes en hiver : l'addition de sel fait fondre la glace) ;
si l'on part d'un mélange solide de composition eutectique[3] et qu'on le chauffe progressivement, il va se liquéfier intégralement à la température eutectique[3]. On compare parfois cela au comportement d'un corps pur, qui a une température de fusion unique : cette comparaison est cependant abusive dans la mesure où au point eutectique[3], il n'y a pas deux phases en équilibre (solide et liquide) mais bien trois (deux solides qui se transforment en un liquide).