Démixtion

Démixtion d'un liquide virtuel à deux dimensions.

La démixtion est la séparation spontanée d'un mélange (ou alliage) homogène de particules en plusieurs phases non miscibles de compositions différentes.

Un mélange fait de particules de tailles différentes a tendance à se désagréger, les particules d'une certaine taille se regroupant d'un côté, celles d'une autre taille de l'autre. Ce phénomène est appelé ségrégation ou démixtion^[1].

Définition du paramètre d'interaction

Si on note ${\displaystyle {\rm {E_{AA}}}}$, ${\displaystyle {\rm {E_{BB}}}}$ et ${\displaystyle {\rm {E_{AB}}}}$, les énergies d'interaction entre deux molécules dans un mélange binaire ${\displaystyle {\rm {A-B}}}$, alors on définit le paramètre d'interaction ${\displaystyle \lambda }$ par^[2] :

${\displaystyle {\rm {\lambda =K\cdot \left(E_{AB}-{\frac {1}{2}}\left(E_{AA}+E_{BB}\right)\right)}}}$

Les énergies d'interaction entre deux molécules sont des grandeurs négatives (${\displaystyle E<0}$) :

• si ${\displaystyle \lambda =0}$ avec ${\displaystyle {\rm {E_{AA}=E_{BB}=E_{AB}=0}}}$ ; c’est le modèle du mélange de gaz parfaits (toujours homogène) ;
• si ${\displaystyle \lambda =0}$ avec ${\displaystyle {\rm {E_{AA}=E_{BB}=E_{AB}\neq 0}}}$ et ${\displaystyle {\rm {E_{AB}=0{,}5\times (E_{AA}+E_{BB})}}}$ ; c’est le modèle du mélange idéal (toujours homogène) ;
• si ${\displaystyle \lambda <0}$ alors ${\displaystyle {\rm {|E_{AB}|>0{,}5\times |E_{AA}+E_{BB}|}}}$ ; on aura la formation d'un mélange homogène ;
• si ${\displaystyle \lambda >0}$ alors ${\displaystyle {\rm {|E_{AB}|<0{,}5\times |E_{AA}+E_{BB}|}}}$ ; c’est un cas défavorable pour la formation du mélange, on pourra donc faire le mélange dans certaines conditions mais on aura aussi parfois un phénomène de démixtion (séparation en deux phases).

Dans un alliage ayant tendance à l’ordre (${\displaystyle \lambda <0}$), le système favorise les paires hétéro-atomiques. Dans un alliage ayant tendance à la démixtion (${\displaystyle \lambda >0}$), le système favorise les paires homo-atomiques. Cet effet d’alliage tend à faire ségréger l’élément minoritaire. Dans le cas d’un alliage à tendance à la démixtion comme l’alliage fer-chrome (Fe-Cr), le système tend à maximiser le nombre de liaisons homo-atomiques. L’élément minoritaire tend donc à minimiser le nombre de liaisons avec la matrice : il ségrège à la surface^[3].

Références

1. (en) Segregation of powders - Demixing, sur PowderProcess.net.
2. Thermodynamique des mélanges sur Wikiversité.
3. Maximilien Levesque, Démixtion et ségrégation superficielle dans les alliages fer-chrome : de la structure électronique aux modèles thermodynamiques, Thèse 2010, École Normale Supérieure de Paris. pp 128 et 136.