Changements de phase et diagrammes d’Ellingham

Diagramme de phases du corps pur

Règle des phases Théorème de Gibbs: La variance = V = C + 2 – F La variance = nombre minimal de paramètres à fixer pour déterminer un système. Pour 1 constituant, V= 3- F (et pour 2 constituants, V= 4- F )

Diagramme de phases

P (bar) C solide liquide V=2 V=2 C V=0 T gaz V=1 V=2 A T (K) Au point triple, F=3 et v=0. Dans les zones solide, liquide ou gaz, F=1 et v=2. L’équilibre de changement d’état du corps pur est monovariant.(lignes TA,TB,TC)

P (bar) solide liquide C a b gaz T T (K) La vaporisation d’un liquide

T b (g), v=2 T ébullition (l+g), v=1 (l), v=2 a temps Échauffement constant à pression constante

P (bar) solide a liquide C T gaz b T (K) Décompression d’un solide

P a (s) (s+l) (l) (l+g) (g) b volume Décompression isotherme

P (bar) solide liquide C a b T gaz T (K) chauffage d’un solide

T b (g) (l+g) (l) (s+l) (s) a volume Échauffement isobare

P (bar) solide liquide C b a T gaz T (K) Refroidissement d’un gaz

T a (g) (l) T fusion (s) Liquide en surfusion b temps Courbe de refroidissement isobare

Les systèmes réactionnels (2,3 ou x composants)

Règle des phases Théorème de Gibbs: La variance = V = C + 2 – F Pour 2 constituants, V= 4- F V = 1 si 3 phases présentes, ou V = 2 si 2 phases présentes

P CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) a b b T Le système binaire CaO et CO2,

Règle des phases La variance = V = C + 2 – F = (N-R)+2-F Pour 2 constituants, V= 4- F V = 1 si 3 phases présentes, ou V = 2 si 2 phases présentes

P CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) a b b T Dans le système binaire CaO et CO2, V = C+2-f = 4-f =1 sur ligne d’équilibre Si T ou P alors CaCO3 disparaît Changements de phases

P(O2) Ag2O(s) Ag(s) + O2(g) a b T Dans le système binaire Ag2O et O2, V = C+2-f = 4-f =1 sur ligne d’équilibre Ou les trois phases coexistent Changements de phases

Diagrammes d’Ellingham DG = DH – TDS pour toute réaction avec une mole d’oxygène. Le segment de graphe DG en fonction de T aura: Intercepte = DH Pente = – DS

Préparation du nickel 2Ni(s) + O2(g)---------2NiO(s) C(s) + O2(g)---------CO2(g) 2NiO(s)+ C(s)--------- CO2(g)+ 2Ni(s) DG1= -479 +0,189T DG2= -383 -0,003T DG3= DG2 - DG1 = 0 a l’équilibre, soit à 448K

Préparation du nickel DG 448K T(K) NiO Ni Ici NiO et C ne Réagissent pas -393 CO2 C Ici NiO et C donnent Ni et CO2 -479

Aluminothermie: Fe2O3+Al----2Fe+Al2O3

Stabilité des oxydes

Diagrammes d’Ellingham

Elaboration du zinc et du plomb

Stabilités des oxydes de fer Il existe Fe, FeO, Fe3O4 et Fe203 Les couples théoriques sont: 1 FeO/Fe 2 Fe3O4/ Fe 3 Fe2O3/Fe 4 Fe3O4/FeO 5 Fe2O3/FeO 6 Fe2O3/Fe3O4 Mais Fe2O3 donne toujours Fe3O4 donc 3 et 5 impossibles Au dessus de 843K on a 4 puis 1.

LE HAUT FOURNEAU