Généralité

Introduction :
On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la
chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en
équilibre. La première définition est aussi la première dans l'histoire. La seconde
est venue ensuite, grâce aux travaux pionniers de Ludwig Boltzmann.
Avec la physique statistique, dont elle est désormais une partie, la
thermodynamique est l'une des grandes théories sur lesquelles se fonde la
compréhension actuelle de la matière.
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Généralité
Les réactions chimiques (système thermodynamique) s’effectuent soit avec
dégagement de chaleur (réaction exothermique ou avec absorbation de la chaleur
(réaction endothermique)
Notion de quantité de chaleur :
Soit deux quantité d’eau a la mémé température t1, chauffons l’un des deux avec
un thermoplongeux sa température augmente en consomme de l’énergie
électrique et d’après le principe de conversation de l’énergie (rien ne se paire
tous se transforme) cette énergie doit se retrouve quelque part et elle ne peut
être que dans l’eau (négligent les perte de énergie vers l’extérieur), cette énergie
emmagasiné par l’eau a été sous forme d’énergie thermique (calorifique)
en mélangent ces deux masses d’eau l’un a la température t1 et l’autre a la
température t2
Le mélange obtenu sera a la température T tel que
t=t1+t2/2
Où
t-t1=t-t2
-on convent que la chaleur s’écoule du corps chauds vers le corps froid et en cas
ou en aura pas les même masses d’eau en aura la règle
-m1 (t1-t)=m2 (t2-t) → m1 (t-t1)=m2 (t-t2)
Ou en a que
-m1 : masse du corps 1
-m2 : masse du corps 2
-si nous avons deux liquides différents on aura que T dépens de la nature des
deux liquide en particulier pour obtenir la température T2 il ne faudra pas
chauffe de la même façon q’avec l’eau mes dans se cas la il entre venue deux
coefficient C1et C2 qui traduisent la capacité des corps a estoque l’énergie
thermique :
-m1*C1 (t2-t)=m2*C2 (t-t2)
Donc il existe un coefficient C caractéristique de la substance et qui influe sur la
chaleur échangé
Q=C*m*∆t
Tel que
Q : chaleur échange en (Kj)
m : la masse du corps en (Kg)
∆t : la variation de la température en (cº)
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La quantité m*C*() et appelle Q la chaleur échangée avec l’extérieure par un
corps de masse m et de la chaleur massique quand sa chaleur varie de tf a ti
-si tf>ti le corps est chauffe donc il a reçus de l’énergie et Q est positive
-si tf<ti le corps est refroidi donc il donne de l’énergie et Q est négative
Capacité thermique
En appel la capacité thermique C d’un corps le produit m*c tel que
C=m*c …. Unité j/K
Chaleur massique
La chaleur massique d’un corps est la quantité de chaleur qu’il faut fournir, ou
prend a l’unité de masse de se corps ou que sa température s’élève ou s’abaisse
de 1 kalven (K) ou 1cº
L’unité de la chaleur massique est K*j*K/g*cº
L’enthapie :
Le 1er principe de la thermodynamique montre (prouve) qu’il existe un fonction
au d’état H appelle enthalpie dont :
La variation traduit le changement d’état du system et équivaut à la chaleur
échangée a P constant
W=-∫Pextdv = -Pext∫dv = Pext (vf-vi)
On a : ∆U =W+Q → ∆U= -Pext (vf-vi) + Qp
Uf-Ui= -Pext (vf-vi) +Qp
( Uf+Pf+vf) – (Ui+Pi+vi) = Qp : sachant que
Etat final
état initial
H=U+Pv donc Qp=H2-H1
La chaleur de réaction a P constante est égale a la variation d’enthalpie d un
system Qp=∆H
Si le system dégage de la chaleur son enthalpie diminue ∆H<0 réaction
exothermique
Si le system abserbe de la chaleur ∆H>0 réaction endothermique
Calorimètre adiabatique
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Le calorimètre : et un instrument qui s’aire a mesuré les quantité de chaleur
fournis ou reçus par un corps
Adiabatique : ça veut dire que la chaleur échange égale ou zéro Q=0 d’une autre
part sa veux dire que dispositif n’échange aucune chaleur avec le milieu
extérieur
Dans un calorimètre usuel la chaleur cédée par le corps chaud est captée par le
corps froid et par l’appareil elle-même et on aura l’équation calorimétrique :
m1*c1(t1-t)=(m2*c2+c)*(t-t2)
cette équation d’échange est appelle équation calorimétrique et le dessin
(fig01)donne le principe
L’enthalpie de dissolution
On appelle enthalpie de dissolution la chaleur qui accompagne une mole de
substance dans la quantité déterminée du solvant :
∆Hd=Q/n
∆H
peu être interprète comme étant la conséquence de deux évalution
successives
Rupture de la liaison ionique accompagnée de l’effet endothermique :il apparaît
une enthalpie appose a l’énergie réticulaire c’est l’enthalpie de décomposition de
réseau cristallin(-∆H)
L’interaction entre les ions libérée et les molécules du solvant :l’enthalpie
correspondants et appelles enthalpie de solvatation ∆Hs
La somme algébrique des effets thermique des 2processus fournit la valeur de
l’enthalpie de dissolution ∆Hd
∆Hd=∆H+∆Hs
La dissolution peut être endothermique le cas de NaCl ou exothermique le cas
de NaOH selon l’importance relative de -∆H etde ∆Hs
L’effet thermique produit par la dissolution d’une mole de corps considère
dépend de la quantité de solvant (nombre de mole ) pour cela en precise les
nombre de moles de solvant sauf pour les solution infiniment diluées allure de
variation de∆H accompagnant la dissolution d’une mole de gaz chlorhydrique
dans une quantité d’eau variable ∆H voit rapidement départ puis tend vers une
limite
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Partie expérimentale
Détermination de la capacité calorifique du calorimètre :
Principe de manipulation
On introduit dans le calorimètre de l’eau chaud et en utilisant l’égalité entre la
chaleur cédée de l’eau et la chaleur reçus du calorimètre on peut calculer c
Le but
Le but et de détermine la capacité calorifique du calorimètre (la constante du
calorimètre)
Le matériel
Le matériel étuliser et :
-Un calorimètre équipé d’un thermomètre et un agitateur
-Une plaque chauffante
-Un Becher en pyrex
-Une éprouvette graduée de 100 ml
Manipulation
On lit la température initiale du calorimètre ti puit en chauffe 100 ml d’eau dans
un Becher en pyrex autour de40°c après sa en mesure t° avec exactitude avant de
la verser dans le calorimètre en la note et en attendre que la température stabilise
En calcule la capacité calorifique C de l’égalité entre la quantité de la chaleur
reçus du calorimètre et la chaleur cédée de l’eau
On a :C(tf-ti)=m*c(t-tf)
Donc : C=m*c(t-tf)
tf-ti
AN :
VH2O=100ml
c=1K cal /kjc°=40185KJ/KG c°
en calcule C en Kcal /c°
C= 0.1*1(40-35)/35-18=0.029 Kcal /c°
en calcule C en Kj /c°
C=0.1*40185(40-35)/25-18=0.123 Kj /c°
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Détermination de l’enthalpie de dissolution
Le but
Le but de la manipulation et déterminée l’enthalpie de dissolution pour deux sels
par calorimètre
Principe de la manipulation
On dissent une certaine quantité du sel dans le liquide d’un calorimètre et a
partir de ∆t mesurée en calcule ∆H ,le processus peut être exothermique ∆H<0
au endothermique ∆H>0
Le matériel
Calorimètre, balance analytique, sels, spatule
Manipulation
On peser a l’aide de la balance analytique en verrant 10g de sel comprise Puit en
fait descendre cette quantité dans un calorimètre qui contient 100ml d’eau
La température initiale ti=18°c
La température finale tf=15°c
Calcule
Q=-(C calorimètre -C solution) (tf –ti)
∑ Qi=0→ Q cédée+Q sel+Q solution=0
Q=-(C sel+C solu) (tf- ti)
C sel= (m H2o+m Hcl)C solution
AN :
Kcal :
C sel=0.108*1=0.108 Kcal /c°
Q =-(0.029+0.108)*(15-18)=0.411 Kcal
∆H= Q/n ;n=m/M=8/74.5=0.107mole
∆H=0.411/0.107=3.84 Kcal /mole
Kj :
C sel=0.108*1=0.108 *4018=0.45Kj
Q=-(0.123+0.45)*(15-18)=1.719Kj
∆H= Q/n ;n=m/M=8/74.5=0.107mole
∆H=1.719/0.107=16.06
-on trouve que ∆H>0 ça veut dire que la réaction est endothermique
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Détermination de la chaleur de dilution
Principe de la manipulation
On détermine la chaleur d’une solution concentre de HCl pour deux valeur
différentes de nombre de moles d’eau
Le matériel
Le matériel étuliser et :
-Un calorimètre équipé d’un thermomètre et un agitateur
-HCl 37.5 (P=1.19g/mol)
-pipette de 5 ml et de 1ml
-Une éprouvette graduée de 100 ml
Manipulation
On place dans le calorimètre 150ml d’eau et on note la température initiale ti
On introduit 5ml de solution de HCl 37.5 on en agit et 1 mn et on note la
température maximale tf la dernier
On répète la manipulation en utilisent 10ml de même HCl
Calcule
On calcule la masse de HCl
On a : P sel=m sel/V→ m sel =P*V
AN :
m sel=1.19*5=5.95g
100g
5.95
35
m HCl
m HCl=2.08g
calcule de la chaleur en Kcal
Q=-(C calorimètre -C solution) (tf –ti)
C sel= (m H2o+m Hcl)C solutio
C sel=(0.15208)*1=0.152 Kcal /c°
Q=-(0.029+0.152)*(19-17)=-0.362 Kcal
∆H= Q/n ;n=m/M=2.08/36.5=0.056mole
∆H=-0.362/0.056=-6.35 Kcal /mole
On répète tout en prendre 10ml
ti=17°
tf=20°
On calcule la masse de HCl
On a : P sel=m sel/V→ m sel =P*V
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AN :
m sel=1.19*5=11.9g
100g
11.9
35
m HCl
m HCl=4.16g
calcule de la chaleur en Kcal
Q=-(C calorimètre -C solution) (tf –ti)
C sel= (m H2o+m Hcl)C solutio
C sel=(0.15416)*1=0.154 Kcal /c°
Q=-(0.029+0.154)*(19-17)=-0.549 Kcal
∆H= Q/n ;n=m/M=2.08/36.5=0.113mole
∆H=-0.362/0.056=-4.81 Kcal /mole
nH2O=150+(11.9-4.16)/18=8.76mole
nH2O/ nHCl=8.76/0.113=77.52mole
∆H<0→ la réaction est exothermique
Lors d’une dissolution d’une substance il y’a une rupture de la liaison comiques
et pour casser la liaison il ne faut une grand énergie ce a dire absorption
Après la dissolution du substance il y’a interaction entre les ion et les molécules
d’eau ce a dire il y’a dégagement de l’énergie.
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Conclusion :
∆H est le facteur qui prouve et qui donne le nom de la réaction donc si :
∆H>0 :la réaction et endothermique
∆H<0 :la réaction et enxothermique
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