Liquide-Vapeur 1 Etudes de l`équilibre liquide-vapeur du 1

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Chimie Physique I
Liquide-Vapeur 1
Etudes de l’équilibre liquide-vapeur du
1-butanol.
Victor De Almeida
Soheila Emamzadah
[email protected].ch
Tél : 076 / 422.20.36
078 / 859.80.27
17 novembre 2004

1
Liquide-Vapeur 1
Etudes de l’équilibre liquide-vapeur du
1-butanol
But de l’expérience
Relever des valeurs de pressions et de température vapeur du 1-butanol afin d’étudier la
relation de Clausius-Clapeyron.
Notions théoriques
En étudiant le point de fusion d’un composé en fonction de la pression notamment sur un
diagramme des phases nous obtenons la relation suivante :
n
n
V
S
dT
dp
∆
∆
=
Nous pouvons ensuite par transformation et approximation obtenir l’équation de Clausius-
Clapeyron.
A l’équilibre
0
=
∆
G
donc THS
nn
∆=∆
De plus, pour une transition liquide-vapeur, le volume molaire de la vapeur est
beaucoup plus grand que le volume molaire du liquide, nous pouvons donc
approximer par
gazn
VV =∆ . Pour finir, si nous considérons que le gaz se
comporte comme un gaz parfait, nous obtenons :
2
TR
pH
pRT
TH
V
TH
dT
dp
nn
gaz
n
⋅
⋅∆
=
∆
=
∆
= pour finir il suffit de regrouper les
termes p et T pour obtenir l’équation de Clausius-Clapeyron :
(
)
(
)
( ) R
H
Td
pd
nvap
∆
−=
1
ln
Ceci nous permet de déterminer expérimentalement la valeur de l’enthalpie de vaporisation en
calculant la pente de la droite du logarithme naturel en fonction de l’inverse de la température.

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Partie expérimentale
Principe
Il s’agit ici de faire chauffer dans un bain d’huile environ 200ml de 1-butanol dans un ballon
(muni d’un thermomètre en dehors du liquide pour mesurer la température de la vapeur) de
500ml. Sur le ballon, une colonne réfrigérante assure le reflux. Puis, suit un récipient en inox
munie d’un Manomètre (lire la pression) avec un robinet (monter la pression) et le tout étant
relié à un vide (baisser la pression).
Manipulations
Nous relevons la température d’ébullition à pression ambiante (974mbar), puis nous amorçons
une descente de pression par pallier de 100 mbar jusqu’à 200mbar en prenant soin de relever à
chaque palier la température d’ébullition après stabilisation (3-5 minutes). Nous prenons aussi
le soin de diminuer la température (qui doit être toujours 10-20°C au-dessus de la température
d’ébullition de l’analyte) du bain d’huile environ proportionnellement à l’abaissement de
température d’ébullition prévue afin d’éviter une ébullition trop forte. Une fois la descente
terminée, nous effectuons une nouvelle série de mesures en augmentant la pression cette fois
par palier de 100mbar mais pour des pressions intermédiaires aux précédentes (afin d’avoir
plus de points) en prenant soin cette fois de augmenter la température du bain d’huile au fur et
à mesure.
Résultats
Voici les relevés de nos mesures ainsi que ses conversions avec en bleu les valeurs prises lors
de la descente et en rouge les valeurs prises lors de la remontée:
mbar °C
mmHg °K
974 115.5
730.5 388.65
944 115
708 388.15
904 114.5
678 387.65
847 113
635.25 386.15
797 111.25
597.75 384.4
746 109.5
559.5 382.65
696 107.5
522 380.65
649 106
486.75 379.15
599 104
449.25 377.15
546 101.5
409.5 374.65
490 99
367.5 372.15
444 96.5
333 369.65
399 94
299.25 367.15
294 87.5
220.5 360.65
202 79
151.5 352.15

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Analyses et discussions
Il est maintenant intéressant d’analyser le graphique de la pression en fonction de la
température.
p(T)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
350 355 360 365 370 375 380 385 390 395
T [K]
p [mmHg]
Nous ne voyons donc aucune linéarité, ce qui était attendu par la relation de Clausius-
Clapeyron qui nous indique que dans ce cas, la pente de cette droite en un point (la dérivée)
n’est pas constante puisque nous avons un T
2
au dénominateur (ce qui explique la courbure) et
qui dépend en plus de la pente qui n’est autre que f(x) de la fonction.

4
Ce qui est plus intéressant dans notre cas, c’est a droite de ln(p) en fonction de l’inverse de la
température qui ce doit d’être théoriquement linéaire étant donné que la dérivée est constante.
ln(p)(1/T)
y = -5813.8x + 21.528
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
6.4
6.6
6.8
0.00255 0.0026 0.00265 0.0027 0.00275 0.0028 0.00285 0.0029
1/T [1/°K]
ln(p)
Dans ce cas la linéarité est claire et le calcul statistique nous le confirme puisque
R
2
=0.999381. Nous obtenons donc une droite par régression linéaire dont la pente peut
maintenant nous servir à appliquer la relation de Clausius-Clapeyron.
R
H
pente
Td
pd
nvap
∆
−==
1
)ln(
d’où
nvap
HRpente ∆=⋅−
avec
[
]
moleK
J
31451.8 ⋅ =R
[
]
[
]
mole
kJ
34.48
mole
J
48338.8511 ≅=∆
nvap
H