Thermodynamique des surfaces/Couche limite liquide
La thermodynamique des couches limites liquides intervient quand on veut étudier la fusion de surface ou la condensation dans des pores.
Fusion de surface
[modifier | modifier le wikicode]On considère un solide en équilibre avec sa vapeur. Si on augmente la température, il va se produire une fusion à la surface qui correspond à un mouillage total de la surface. Il se forme donc une couche limite liquide.
On est alors en présence de deux interfaces: interface solide-liquide et interface liquide-vapeur.
Comme il s'agit d'une fine couche liquide, on est dans le cadre de la thermodynamique des petits systèmes où il faut prendre en compte de formes supplémentaires d'énergie par rapport à la thermodynamique classique. Comme les 2 interfaces sont très proches, on aura une énergie d'interaction entre les 2 interfaces qui va dépendre de l'épaisseur ε du liquide. Cette énergie est proportionnelle à exp(-ε/ξ) où ξ est une longueur ( puisque ε/ξ doit être sans dimension car c’est l'argument d'une exponentielle ). ξ est appelée « longueur caractéristique de l'interaction ».
Si l’on considère une substance pure A à température et à pression constantes, l'enthalpie libre G du système constitué par les 3 phases (s,L,v) et les 2 interfaces (sL et Lv) est:
- comme ε est petit, on a fait l'hypothèse que les surfaces sont telles que : ΣsL ~ ΣLv = Σ
- γ sont les tensions superficielles des interfaces
- μ les potentiels chimiques des phases et n les nombres des mole dans les phases.
- remarque 1
Si l' épaisseur de la couche ε → 0 ( i.e. nL → 0 ) , alors exp(-ε/ξ) → 1 et
ce qui correspond bien à l'enthalpie libre G du système avant la fusion de surface.
- remarque 2
Si l' épaisseur de la couche ε → ∞ , alors exp(-ε/ξ) → 0 ou bien en fait quand ε devient grand , alors exp(-ε/ξ) devient très petit et alors:
on retrouve G pour la thermodynamique des grands systèmes.
- cas où la tension de vapeur est faible
Si la tension de vapeur est faible, alors nv est petit et devient négligeable; alors:
Condensation dans des petits pores
[modifier | modifier le wikicode]La condensation d'une vapeur dans un cylindre fin est un problème analogue car on forme un couche limite liquide dans le pore.
Exercices
[modifier | modifier le wikicode]Faites ces exercices : Couche limite. |