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CHAPITRE 3
APPLICATION DU 1er PRINCIPE
AUX GAZ PARFAITS
1- DÉPENDANCE DE LA
TEMPÉRATURE
EXPÉRIENCE DE JOULE
Un gaz parfait (G P) se détend dans un
récipient vide. P et V changent.
* On n'observe, dans la plupart des cas, aucun changement de
température :
* Le second récipient étant vide, la pression extérieure nulle,
le travail effectué est nul.
D’après le 1er principe
Donc
CONCLUSION
L'énergie ( U ou H) d'un G. P. ne dépend que de la température
2- LA RELATION ENTRE CP et CV
On sait que :
et
et
et
On simplifie par n DT on obtient :
3- DILATATION RÉVERSIBLE
ISOTHERME D'UN GAZ PARFAIT
Comme la température est constante alors DU est nul et la
première loi s'écrit: DU = Q + W = 0.
Comme la transformation est réversible, alors la pression
extérieure Pext appliquée est égale à la pression d'équilibre
du gaz P .
4-DILATATION RÉVERSIBLE ISOBARE
D'UN GAZ PARFAIT
5- DILATATION RÉVERSIBLE
ISOCHORE D'UN GAZ PARFAIT
Car dV
=0
D’où W=0
6- Transformation adiabatique d’un gz parfait
On intègre
On divise par CV VP
On divise par nR
7-RELATION ENTRE DH ET DU
RÉACTIONS ISOTHERMES DES GP
DH = DU + D (PV)
DH = DU + D (nRT)
La réaction est isotherme T=cte alors
DH = DU + RT Dn
Cette relation ne concerne que la variation de quantité de
matière des composés gazeux du mélange. On prèfère
ajouter un indice gaz :
DH = DU + RT Dngaz
8- THERMOCHIMIE
8-1 : Définition
La thermochimie est l'application de la première loi aux réactions
chimiques isothermes et isobares.
Le fondement de la thermochimie est l'équation QP = DH, qui
fournit une fonction d'état mesurable expérimentalement, reliée à
l'énergie du système
Puisque H ne dépend que des états initial et final, on pourra
calculer DH pour n'importe qu'elle réaction, simplement en
construisant un chemin de l'état initial à l'état final composé
d'étapes pour lesquelles le changement d'enthalpie est connu.
8-2: ÉTAT STANDARD
Pour que les valeurs placées dans les tables thermodynamiques
soient utilisables, il est nécessaire qu’elles soignent mesurées
dans les même conditions opératoires, relatives à un état
standard.
Pour tout corps pur, l’état standard est l’état physique le plus
stable (du point de vue thermodynamique) dans lequel il se trouve
à la pression atmosphérique et à la température T choisie
arbitrairement,. On le note par l'exposant o.
P° = 1 bar (ou 1 atmosphère).
L’enthalpie standard d’un corps pur se note ∆H°T et se trouve
dans les tables thermodynamiques.
Un corps donné aura autant d’état standard que d’état physique
sous lesquels il apparaît à P°.
Rque:
L’état standard du carbone solide est le graphite et non le diamant.
8-3: GRANDEURS MOLAIRES
Soit X une grandeur extensive relative à un système
monophasique et soit un élément de volume dV de ce
système, autour d'un point courant M et contenant la
quantité de matière dn . Nous lui associons la grandeur
extensive dX proportionnelle à dn tel que :
est une grandeur intensive appelée "grandeur molaire
associée à X , notée parfois Xm ou x
L’intérêt de l’utilisation des grandeurs molaires est de
manipuler des quantités relatives à une mole de matière.
8-4: RÉACTION CHIMIQUE
Au cours d’une réaction chimiques des corps appelés
réactifs sont mis en contact. Ils réagissent entre eux et se
transforment en de nouveaux corps appelés produits.
n représentent les coefficients steochiométriques.
Rque: On peut utiliser d’autres symboles que la flèche tel que la
double flèche, le signe égal, deux points …pour indiquer que les
réactifs finissent par se transformer en produits sans présager du
caractère limité ou total de la réaction.
8-5: MESURE DE L’AVANCEMENT DE LA
RÉACTION CHIMIQUE
ξ est appelé avancement de la réaction dans la mesure qu’il
indique la quantité des composés ayant réagi :
Réactifs : ni <0
On peut obtenir la quantité de matière
d’un composé par la relation suivante:
Produits : ni > 0
ni = ni0 + ni x
Rque: L’avancement à la même valeur quel que soit le
réactif ou le produit choisit pour le calculer.
On peut calculer un taux d'avancement de réaction l , nombre
sans dimension , qui représente la fraction de réactifs ayant réagi
par rapport à celle qui aurait disparu si la réaction était totale.
0<l<1
8-6: GRANDEURS DE RÉACTION
On appelle grandeur de réaction, notée ΔrE, la dérivée d’une
fonction d’état extensive E par rapport à l’avancement de la
réaction à température et pression constantes:
Les grandeurs de réaction qui nous concernent ici sont l’énergie
interne de réaction ΔrU et l’enthalpie de réaction ΔrH. Elles sont
généralement exprimées en kJ.mol−1.
suite
Les valeurs des grandeurs de réaction dépendent de l’écriture
de l’équation chimique. Par exemple, pour la synthèse de l’eau,
on peut écrire, entre autres, les deux équations suivantes :
On a :
soit :
On peut calculer les grandeurs de réaction à partir des
grandeurs molaires:
Soit une équation chimique représentée par son équation
Réactifs : ni <0
Produits : ni > 0