La thermodynamique chimique - publié le 19/10/2022

Thèmes abordés

Thermodynamique chimique, échange d'énergie, matière, transformation physique, systèmes ouverts, systèmes fermés, systèmes isolés, énergie, fonction d'état, réversibilité thermodynamiques, exoénergétique, endoénergétique, énergie thermique Q, énergie mécanique W, Isochore, Isobare, charbon, méthane, éthanol, critère énergétique, critère de probabilité, variations d'enthalpie libre, potentiel chimique

Résumé du document

La thermodynamique est l'étude des échanges d'énergie qui accompagnent une transformation physique ou chimique. Son but est de pouvoir prévoir la transformation de la matière dans des conditions données. Elle repose sur la conservation de la matière et de l'énergie.

Extraits

[...] C'est pourquoi les réactions exothermiques favorisent la spontanéité d'une réaction. Berthelot a dit : « Une transformation chimique accomplie sans intervention extérieure tend vers la production des corps s'accompagnant du plus grand dégagement de chaleur. » Critère de probabilité (de désordre) « Le système évolue vers l'état de plus grand désordre, de plus grande probabilité » C'est donc un nouveau critère de spontanéité. Ces 2 critères (entropie et enthalpie) donneront lieu à 3 situations possibles : Réaction complète Réaction impossible Réaction d'équilibre Réaction durant laquelle au moins un réactif a réagi complètement ∆rH°0 Réaction durant laquelle aucun réactif n'a réagi ∆rH°>0 et ∆ng0 et ∆ng>0 Notion d'entropie L'entropie S est le critère qui caractérisera le désordre. [...]

[...] N'existe pas naturellement sur terre Volume massique énorme Piles à combustible Le charbon : On en a plein sur terre Très polluant Extraction difficile Dur à transporter Le méthane : Pouvoir calorifique élevé Ressources sous-terraine Volume massique élevé Obtention par digestion bactérienne de la biomasse usée L'éthanol : Carburant alternatif prometteur Liquide facile à manipuler Produit par fermentation biologique de l'amidon Fermentation de la cellulose à l'aide d'enzymes Les dérivés du pétrole : Faciles à extraire Fluides Pouvoir calorifique massique très élevé Le bois : Combustible renouvelable Rythme de renouvellement lent Solide Polluant PCS et PCI PCS PCI Le PCS d'un combustible est l'énergie libérée lors de la combustion parfaite d'un kg de ce combustible, l'eau produite étant à l'état liquide. PCSmassique=Q moyenneMmoyenne PCSvolumique=PCSmassique.ρ Le PCI d'un combustible est l'énergie libérée lors de la combustion parfaite d'un kg de ce combustible, l'eau produite étant à l'état gazeux. PCImassique=Q moyenneMmoyenne PCIvolumique=PCImassique.ρ Deuxième principe de la thermodynamique : L'entropie S Transformation spontanée Une transformation spontanée est une transformation qui se réalisera toute seule, sans aide extérieure. Cette transformation sera irréversible. Pour qu'une réaction soit spontanée, plusieurs critères sont nécessaires. [...]

[...] Il se produit une compression. W>0 Détente irréversible W=-pext.∆V Détente réversible W=-n.R.T.lnVfVi R =8,314 Jmol.K V : le volume Vf>Vi Expansion W0 Échange d'énergie électrique Un travail électrique est produit par un système si et seulement si une quantité de charges électriques est transmise d'un pôle à un autre. Welec=-qV q : quantité de courant transportée V : la différence de potentiel Le 1[er] principe de la thermodynamique Le 1[er] principe de la thermodynamique est la conservation de l'énergie : « L'énergie se conserve. [...]

[...] Certaines de ces variables sont liées entre elles par une équation d'état. Il existe 2 types de variable d'état : Les variables d'état extensives : Ce sont des variables qui dépendent de la quantité de matière présente, elles sont additives Les variables d'état intensives : Ce sont des variables qui ne dépendent pas de la quantité de matière, elles sont non additives Une fonction d'état comprend toutes les grandeurs dont la valeur est fixée par des variables d'état du système, mais aussi les grandeurs dont tout ce qui compte est l'état final et l'état initiales et non le chemin parcouru. [...]

[...] La thermodynamique chimique Introduction à la thermodynamique La thermodynamique est l'étude des échanges d'énergie qui accompagnent une transformation physique ou chimique. Son but est de pouvoir prévoir la transformation de la matière dans des conditions données. Elle repose sur la conservation de la matière et de l'énergie. Notions de système Un système est l'espace qui fait l'objet de l'étude. Tout ce qui ne fait pas partie de l'étude sera l'extérieur ou l'environnement. Il y a 3 types de système : Les systèmes ouverts : Système pouvant, avec l'extérieur, échanger de l'énergie et de la matière. [...]