Thermodynamique

THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE CHAPITRE INTRODUCTION ET NOTIONS DE BASE INTRODUCTION 1) Objectifs de la thermodynamique prévoir l’évolution d’un système Peut-il évoluer ? Comment évolue-t-il ? Jusqu’où peut-il évoluer ? Sil évolue, prévoir les échanges d’énergie qui s’effectuent 2) Une vision macroscopique La thermodynamiqu des phénomènes ? se refère unquemen ux bilan des transforma l) SYSTEME 1) Définition ‘étude org et au Le système est la partie de l’univers où s’effectue la transformation étudiée. Le reste de l’univers est appelé milieu extérieur.

Système + milieu extérieur = IJnivers ) Trols types de système a) Système ouvert Il peut échanger de la matière et de l’énergie avec le milieu extérieur. b) Système fermé Il peut échanger de l’énergie avec le milieu extérieur mais pas de matière. c) Système isolé Il ne peut échanger ni matière, ni énergie avec le Produits Exemple • 2 HCl(g)+ Zn(s) ZnC12(s) + H2(g) : molécules, atomes ou ions : coefficients stoechiométriques Il) DESCRIPTION DE L’ETAT D’UN SYSTEME 1) Variables d’état Définition : Grandeurs mesurables permettant de décrire l’état macroscopique d’un système.

Exemples : masse (m), volume (V), pression (P), oncentration a) Variables extensives Elles sont proportionnelles à la quantité de matière mise en jeu. Elles sont additives et multiplicatives . Exemples : m, V, ni . ml + m2 mtot b) Variables intensives : Elles sont indépendantes de la quantité de matière mise en jeu. Exemples : T, p, Ci Tl des variables d’état x et y. – La variation infinitésimale de cette fonction, dF, au cours d’une transformation est une différentielle totale exacte : dF=ôFdx+ôFdy avec òx : dérivée partielle de F par rapport à x avec y constante. B (ou AF) est indépendante du chemin suivi : 2 Flét at – Flét at Propriété d’une fonction d’état : Lorsque F n’est pas une fonction d’état on note SF la variation infinité t non dF *AGF 3 rif B d’état relative à une réaction chimique, on désigne par OrF le taux de variation de la fonction F ; il est associé à l’équation bilan de la réaction. Représentation graphique : ArF(P) = F (P) Ftp) Pente au point p p Ne pas confondre avec qui représente la variation de F lors d’une transformation finie depuis un état initial (1) jusqu’à un état final (2) Ill) LES TRANSFORMATIONS EN THERMODYNAMIQUE 1) Définition et propriétés

Transformation : passage d’un système d’un état à un autre. Elle fait intervenir des échanges d’énergie thermique Q et mécanique W. : TRANSFORMATION SIGNIFICA ION PAGF irréversibles. Le passage de l’état initial ? l’état final se fait en une seule étape et sans possibilité de retour à l’état initial. Exemple : l. Jn corps chaud mis en présence d’un corps froid cède naturellement de la chaleur à ce dernier et non l’inverse. IV) ÉCHANGES D’ÉNERGIE LORS D’UNE TRANSFORMATION 1) Différentes formes de l’énergie échangée – Energie mécanique ou travail: W

Dûe aux forces de pression, elle accompagne une variation de volume – Energie calorifique ou chaleur : Q Elle est mise en jeu lors de transformations avec changement de température ou d’état ainsi que lors de réactions chimiques. – Energie électrique Elle accompagne les réactions d’oxydo-réduction (piles, électrolyseurs.. ). – Energie lumineuse Certaines réactions chimiques sont activées par des radiations lumineuses apportant l’énergie nécessaire aux processus chimiques. ) Le travail W cf cours de physique. a) Expression de W Transformation infinitésimale Transformation finie : ression extérieure diminue de façon progressive de Pl à PF ; à chaque instant le système est à l’équilibre et Pext Pgaz avec PgazV = nRT Wrév nRTdV PdV – – n RTIn La comparaison des courbes P f(V) montre que DWirrév owrév O Le travall fourni par la détente réversible d’un gaz parfait est plus importante que celui fourni par une détente irréversible.

W n’est pas une fonction d’état 3) La chaleur Q a) Transformation avec changement de température, capacité calorifique Exemple : et C dépendent de la nature du corps, de son état physique et de sa température (peu). -2 En effet, C = a + bT + : Ici, on considèrera Cv et Cp constants. D’où : Q = m cAT=m c (T2-T1) 241) – Pour un gaz parfait Relation de Meyer : Cp -Cv -R b) Transformation sans variation de T, changement d’état Chaleur latente de changement d’état Lors d’un changement d’état à P = Cte, la quantité de chaleur transférée à un corps i ne provoque pas de changement de température.

La quantité de chaleur nécessaire pour transformer 1 mole de est la chaleur latente de changement d’état L (ou variation d’enthalpie standard de changement d’état Cf chap. Il). Elle est en J. mol-l et on a alors la relation . Q n L(chgt ou Q = n Ô(chgt L est mesurée à P Cte car le volume molaire change suivant l’ état physique de la matière. Exemple : eau liquide et eau solide Changements d’états . – fusion (Lfus) : (s) solidification (Lsol) : (l) (s – vaporisation (Lvap) : (l) – liquéfaction (Lliq) : (e) — température ; on détermine AT. n connait n : Q = neau Ceau AT Détermination indirecte des chaleurs de réaction cr Chaplil V) LES CONDITIONS STANDARDS 1) La pression standard Cest la pression imposée à tous les états de référence. pa=l IO Pa 2) Etat standard pour un gaz i : état de la substance i pure en phase azeuse à la pression pa Pour un liquide (ou solide) i : état de la substance i pure en phase liquide (ou solide) à la pression PO Pour un soluté i : état hypothétique où le soluté est la seule espèce en solution, à la concentration co de 1 mol.

L dans le solvant à po Une grandeur thermodynamique à l’état standard est distinguée par le signe e Dans les tables, T = 298K. 3) Transformation dans les conditions standards Tfinale = Tinitiale Réactifs (état initial) et produits (état final) sont dans leur état standard soit leur état physique le plus stable. VI)UNITES GRANDEUR Température