Uviversité Mohamed-Kheider Biskra Annexe de Médecine Professeur BOUBEKRI Chérifa Chapitre III : Thermodynamique Année universitaire 2023/2024 1ère Année Médecine Chapitre III : Thermodynamique 1. notion de systèmes et fonction d'état. 2. Premier principe de la thermodynamique : 2.1. Enthalpie et chaleur spécifique. 2.2. Enthalpie standard, enthalpie de formation. I-Rappels de thermodynamique générale La thermodynamique est la science qui étudie les échanges d’énergie entre le système et le milieu extérieur. Elle intervient dans de nombreux domaines : chimie, génie chimique, biologie…etc. elle peut être abordée sous deux aspects : l’un macroscopique et l’autre microscopique. La thermodynamique classique (ou microscopique), faisant l’objet de ce cours, ne fait intervenir que des grandeurs macroscopiques, mesurables expérimentalement comme la Température, la Pression, le Volume, la Composition,…etc. I-1-Objectifs de la thermodynamique La thermodynamique repose sur deux notions - La notion du premier principe : Etudier les transferts d'énergie, chaleur (Q) et travail (W), au cours des réactions chimiques. - Déterminer Q et W dans des conditions données. - La notion du deuxième principe : - Prévoir l’évolution d’une transformation de la matière. I-2-Notion de système en thermodynamique. Un système en thermodynamique est une partie de l’univers limité par une surface (une portion de l'Univers) à travers de laquelle s'effectuent les échanges d'énergie et/ou de matière avec le milieu extérieur. L'ensemble système et milieu extérieur constitue l'univers. Système + milieu extérieur = l’univers I-3- Convention de signes Signe des énergies échangées avec le milieu extérieur - l’énergie reçue par le système est positive. - l’énergie dégagée par le système est négative. 1 Uviversité Mohamed-Kheider Biskra Annexe de Médecine Professeur BOUBEKRI Chérifa Chapitre III : Thermodynamique Année universitaire 2023/2024 1ère Année Médecine I-4-Différents types de systèmes Un système est susceptible d’évoluer, notamment de par les interactions qu’il peut avoir avec l’extérieur et peut vérifier certaines propriétés remarquables. - Système fermé : pas d’échange de matière avec le milieu extérieur, mais échange d’énergie possible. Système ouvert : peut échanger de la matière et de l’énergie avec le milieu extérieur. Système isolé : aucun échange avec l’extérieur (ni matière; ni énergie). Homogène : il est constitué d'une seule phase. Hétérogène : il est constitué de plusieurs phases. Type de système Échange de matière avec le milieu extérieur Échange d'énergie avec le milieu extérieur Système ouvert Oui Oui Système fermé Non Oui Système isolé Non Non Exemples L'eau liquide qui bout dans une casserole Un réfrigérateur en fonctionnement Une réaction chimique réalisée dans un calorimètre Variables d’état La caractérisation d’un système à un instant donné définit son état, les variables qui le décrivent étant appelées variables d’état. Le choix des variables d’état dépend de la nature du problème traité. Equation d’état : Toutes les variables d'état ne sont pas indépendantes. En effet, les variables d'état sont reliées par des relations appelées : équation d’état. Exemple : En appliquant l'équation d'état des gaz parfaits PV = nRT, la valeur du volume du gaz (variable d'état) sera déduite des valeurs de pression et de la température. 2 Uviversité Mohamed-Kheider Biskra Annexe de Médecine Professeur BOUBEKRI Chérifa Chapitre III : Thermodynamique Année universitaire 2023/2024 1ère Année Médecine Remarque importante : La valeur de la constante R dépend du système d'unités utilisé pour exprimer la pression et le volume. - Dans le système SI, les volumes sont exprimés en m3 et les pressions en Newton/m2 (Nm -2) ou Pascal (Pa) alors R = 8,31 J K-1 mol-1. - Les chimistes expriment très souvent les pressions en atmosphères (atm) et les volumes en litres (L) ; dans ce système d'unités pratiques, R = 0,082 L atm K-1 mol-1. – Composition dans le cas des mélanges : Transformation d’un système : la modification d’une ou de plusieurs variables d’état s’appelle: transformation, c'est-à-dire le passage du système d’un état à un autre état. Les transformations peuvent être classées en 2 catégories : - Réversible : si elle est lente et une modification infiniment petite d'une variable peut inverser le sens de la transformation, le système est à l’équilibre à tout instant du processus. 3 Uviversité Mohamed-Kheider Biskra Annexe de Médecine Professeur BOUBEKRI Chérifa Chapitre III : Thermodynamique Année universitaire 2023/2024 1ère Année Médecine - Irréversible : si elle est brutale et rapide spontanée et naturelle. Il n'existe aucune possibilité d'inverser la transformation, pas de retour à l’état initial. On ne peut pas l’arrêter, ni l’inverser. Transformations à paramètres constants : Il existe des transformations suivantes Fonctions d’état La fonction d’état est une fonction F dont la variation au cours d’une transformation ne dépend que des états initial et final et non du chemin suivi. La fonction d’état est une fonction extensive. Les fonctions d’état décrivent le système et permettent de prévoir son état d’évolution lorsqu’il passe de l’état initial vers l’état final. Elles s’expriment en fonction des variables d'état (𝑇, 𝑃, 𝑉, . .. ). ∆F est indépendant de la manière dont la transformation est effectuée (réversible ou irréversible). 4 Uviversité Mohamed-Kheider Biskra Annexe de Médecine Professeur BOUBEKRI Chérifa Chapitre III : Thermodynamique Année universitaire 2023/2024 1ère Année Médecine 5
