Pression de vapeur saturante - Définition

Cas du mélange d'un corps pur liquide en équilibre de phase avec un autre corps pur gazeux

Soit un corps pur 1, enfermé à l'état liquide dans un réservoir étanche. On introduit un autre corps pur 2 dans ce réservoir, à l'état gazeux.

Par p_partielle1, on désignera dans la suite la pression partielle de la phase gazeuse du corps pur 1. On ne parlera pas de la pression partielle de la phase gazeuse du corps pur 2.

Par p_sat1, on désignera la pression de vapeur saturante du corps pur 1.

Par p_res, on désignera la pression totale régnant dans le réservoir en début d'expérience.

A l'équilibre, on constatera que : p_partielle1 = p_sat1.

On se propose de changer la pression dans le réservoir et d'observer la réaction du système.

Il y a 3 cas possibles, pour une température donnée, unique.

1. La pression régnant dans le réservoir est inférieure à la pression de vapeur saturante du corps pur 1.

p_sat1 > p_res > p_partielle1.

Dans ce cas, on obtient une ébullition (phénomène rapide avec élévation de la pression réservoir), jusqu'à ce que p_partielle1 = p_sat1.

2. La pression de vapeur saturante du corps 1 est supérieure à la pression partielle de la vapeur du corps 1 mais inférieure à la pression totale.

p_res > p_sat1 > p_partielle1.

Dans ce cas, on obtient une évaporation du corps 1 jusqu'à ce que p_partielle1 = p_sat1.

3. La pression de vapeur saturante du corps 1 est inférieure à la pression partielle de la vapeur du corps 1.

p_res > p_partielle1 > p_sat1.

Dans ce cas, on obtient une condensation de la phase vapeur du corps pur 1 jusqu'à ce que p_partielle = p_sat.

Pour rappel, notons que le cas p_sat1 > p_partielle1 > p_res ne peut exister, une pression réservoir qui est une pression totale ne pouvant par définition pas être inférieure à une pression partielle.

Pour modifier l'ordre des termes dans les 3 inégalités ci-dessus, il est possible d'agir:

A/ sur le niveau de la pression saturante par le biais de la température.

Plus la température est élevée, plus le niveau de la pression de vapeur saturante augmente.

À partir d'une situation d'équilibre où p_sat1 = p_partielle1 :

• si on diminue la température, alors p_sat1 diminue sous le niveau de p_partielle1 et la vapeur se liquéfie ;

• si on augmente légèrement la température, alors p_sat1 augmente et passe au-dessus du niveau de p_partielle tout en restant sous p_res : il y a évaporation du liquide ;

• si on augmente fortement la température, alors p_sat augmente et passe au-dessus du niveau de p_res. Le point d'ébullition est dépassé et le changement d'état se fait beaucoup plus rapidement : on parle d'ébullition.

B/ sur le niveau des pressions partielle et totale en changeant le volume du réservoir et la quantité de corps pur 2.

À partir d'une situation d'équilibre:

• si on augmente la pression réservoir à une valeur supérieure à p_sat1, il y a liquéfaction de la phase gazeuse du corps pur 1 ;

• si on augmente la pression réservoir à une valeur supérieure à p_partielle1, tout en influant sur la pression partielle du corps pur 2 de façon à ce que la pression partielle du corps pur 1 devienne inférieure à sa pression de vapeur saturante, alors il y a évaporation de la phase liquide du corps pur 1;

• si on diminue la pression réservoir à une valeur inférieure à p_sat1, il y a alors ébullition de la phase liquide du corps pur 1.

L'ébullition est un phénomène touchant à la fois corps purs et mélanges tandis que l'évaporation ne peut exister que dans le cas d'un mélange.