Pression de vapeur saturante - Définition
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Introduction
La pression de vapeur saturante ou tension de vapeur est la pression à laquelle la phase gazeuse d'une substance est en équilibre avec sa phase liquide ou solide. Elle dépend exclusivement de la température. Certains utilisent le terme « pression de vapeur », mais celui-ci est ambigu car il évoque la pression partielle de la vapeur.
La pression de vapeur saturante est la pression partielle de la vapeur d'un corps pur à partir de laquelle une partie du corps pur passe sous forme liquide (ou solide). On dit aussi que c'est la pression maximale de sa vapeur « sèche » (c'est-à-dire sans phase liquide).
Quand la pression partielle de la vapeur est égale à la pression de vapeur saturante d'une substance, les phases gazeuse, liquide ou solide sont dites en équilibre.
Si la pression partielle de la vapeur dépasse la pression de vapeur saturante, il y a liquéfaction ou condensation. À partir d'une situation d'équilibre, cela peut se faire soit en augmentant la pression partielle de vapeur (par exemple en diminuant le volume), ou bien en diminuant la valeur de la pression de vapeur saturante, ceci est possible en diminuant la température.
Historique
Au XIXe siècle, John Dalton étudia le volume de vapeur d'eau qui était nécessaire pour saturer l'air. Il remarqua que ce volume dépendait beaucoup de la température.
Notion de point d'ébullition d'un corps pur
Pour un corps pur donné, il existe un couple unique (pression_1, température_1), appelé point d'ébullition et défini de la facon suivante :
Si la température est maintenue constante, mais que la pression est amenée en dessous de pression_1, alors le corps pur est amené à ébullition. Si la pression est maintenue constante mais que la température est amenée au-dessus de température_1, alors le corps pur est également amené à ébullition.
On constate par cette définition que la pression_1 est simplement la pression de vapeur saturante, dont on sait qu'elle ne dépend que de la température.
Cas d'un corps pur
Soit un corps pur unique dans un réservoir étanche. On augmente artificiellement le volume de ce réservoir et on maintient la température à un niveau constant. Selon le niveau de cette température, on peut se trouver en présence de différentes phases en même temps. Considérons le cas où le niveau de température soit tel qu'on se trouve en présence des phases liquides et gazeuses. On parle d'équilibre lorsque la fraction massique de chaque phase n'évolue plus avec le temps.
La pression régnant dans ce réservoir une fois cet équilibre atteint est appelée pression de vapeur saturante. Si par un moyen extérieur, il est possible de modifier la pression dans l'enceinte, sans changer la composition du gaz et tout en gardant la température constante (par exemple par diminution du volume à l'aide d'un piston et du refroidissement des parois), alors se présentent 2 cas :
Soit on augmente la pression dans le réservoir.
pres > psat
avec pres, la pression dans le réservoir juste après action. et psat, la pression de vapeur saturante du corps pur à cette température.
En conséquence, il y aura condensation de la fraction gazeuse, soit jusqu'à ce que la pression dans l'enceinte ait diminué de sorte qu'elle atteigne la pression de vapeur saturante correspondant à cette température, soit jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de vapeur à condenser. Dans ce dernier cas, la pression ambiante en fin de transformation est supérieure à la pression de vapeur saturante correspondant à cette température. De facto, il n'y a plus équilibre entre phases puisqu'il n'y a plus que la phase liquide.
Soit on diminue la pression dans le réservoir.
psat > pres
En conséquence, il y aura ébullition du liquide soit jusqu'à ce que la pression dans l'enceinte ait augmenté de sorte que soit atteint le niveau de pression de vapeur saturante correspondant à cette température, soit jusqu'à ce que toute la phase liquide ait été convertie en phase gazeuse. Dans ce dernier cas, la pression ambiante en fin de transformation est inférieure à la pression de vapeur saturante correspondant à cette température. De même, il n'y a plus équilibre entre phases puisqu'il n'y a plus que la phase gazeuse.
