L`énergie - MemoPage

L’énergie
I. La cohésion de la matière
!"
La molécule
• Définition : Une molécule est un assemblage d’atomes
• Soit une molécule nommée AB, on note D
AB
l’énergie de liaison qui
lie les atomes A et B. Cette énergie de liaison est définie comme
l’énergie à apporter pour dissocier une mole de AB(g) en une mole
de A(g) et une mole de B(g) selon la réaction :
AB(g) A(g) + B(g)
L’énergie de liaison D
A-B
est une grandeur positive dont la valeur est de
l’ordre de quelques de centaines de kJ.mol
-1.
!"
Les assemblages de molécules
• Les trois états de la matière
− Un solide moléculaire est un état ordonné, il possède une forme
et un volume bien défini. Les molécules sont proches les unes des
autres et vibrent mais avec une faible amplitude.
− Un liquide moléculaire est un état désordonné, fluide mais
compacte. Les molécules peuvent glisser les unes sur les autres.
− Dans l’état gazeux, les molécules sont désordonnées, dispersées
en mouvement constant. Elles cherchent à occuper tout l’espace
disponible.
• Energie de cohésion intermoléculaire
Dans un liquide ou un solide ( molécules M) l’énergie de cohésion
entre ces molécules se définie comme étant l’énergie à apporter pour
dissocier une mole de M(s) ou une mole de M(l) en une mole de M(g)
selon la réaction : M(s) M(g) ou M(l) M(g)
L’énergie de cohésion de liquides ou de solides moléculaires est de
l’ordre de quelques dizaines de kJ.mol
-1
.
II. Les transformations de la matière
!"
Les transformations chimiques
• Certaines réactions chimiques sont exothermiques, elles dégagent
de la chaleur. C’est le cas par exemple des réactions acides/bases
ou des réactions de combustion.
Dans ce type de réaction Efinal – Einitial = ∆
∆∆
∆ Eréaction chimique est négatif.
• Certaines réactions chimiques sont endothermiques, elles
« absorbent » de la chaleur. C’est le cas par exemple de certaines
réactions de dissolution.
Dans ce type de réaction Efinal – Einitial = ∆
∆∆
∆ Eréaction chimique est positif.
!"
Les changements d’état
• La fusion, la vaporisation et la sublimation sont des transformations
physiques endothermiques. Le transfert de chaleur a lieu du milieu
extérieur vers l’intérieur. En effet toutes ces transformations vont
vers des états moins ordonnés.
• La solidification et la condensation sont des transformations
physiques exothermiques. Le transfert de chaleur a lieu du milieu
intérieur vers l’extérieur. En effet toutes ces transformations vont
vers des états plus ordonnés.
!"
Calcul de l’énergie libérée au cours d’une réaction
Au cours d’une réaction ne mettant en jeu que des espèces chimiques
à l’état gazeux, l’énergie transférée s’obtient en faisant le bilan
énergétique des liaisons rompues et des liaisons formées au cours de
la réaction : ∆E = Σ E liaisons rompues - Σ E liaisons formées
III. Effet thermique au quotidien
• Les réactions de combustions dont on a déjà parlé sont un exemple
caractéristique de l’utilisation des effets thermiques.
On peut utiliser cette libération d’énergie pour chauffer (chauffage,
gazinière) ou alors dans les transports ou l’énergie thermique est
transformée en énergie mécanique.
• L’utilisation à grande échelle de ces combustibles augmente
malheureusement l’effet de serre du fait de la production de dioxyde
de carbone et d’eau. De plus certains combustibles contiennent des
dérivés soufrés, il y a donc, lors des combustions, production de
dioxyde de soufre contribuant aux pluies acides.
IV. Exercice d’application
!"
Enoncé
1. Définir l’énergie de cohésion de la molécule de méthanol de formule
brute CH3OH.
2. Donner l’expression de cette énergie de cohésion en fonction des
énergies de liaison.
3. Calculer la valeur moyenne de cette énergie.
4. a. Que représente, d’un point de vue physique l’énergie de cohésion
du méthanol liquide ?
b. Sachant que pour vaporiser 8,0 g de méthanol à la température
de 64°C sous la pression 1,013 bar, il faut fournir une énergie de 8,8
kJ, calculer l’énergie de cohésion du méthanol liquide dans ces
mêmes conditions de température et de pression.
c. Comparer le résultat trouvé avec l’énergie de cohésion de la
molécule de méthanol.
Energie moyenne de liaison : D C-H = 412 kJ.mol-1 ;
D C-O = 356 kJ.mol-1; D O-H = 463 kJ.mol-1.
!"
Corrigé
1. L’énergie de cohésion de la molécule de méthanol est l’énergie à
transférer à une mole de molécules de méthanol à l’état gazeux pour
les dissocier entièrement en atomes de carbone, d’hydrogène et
d’oxygène, tous à l‘état gazeux.
2. ∆E = 3 DC-H + DC-O + DO-H
3. ∆E = 3 DC-H + DC-O + DO-H = 3x412 + 356 + 463 = 2055 kJ.mol-1.
4.a.L’énergie de cohésion du méthanol liquide est différente de
l’énergie de cohésion de la molécule de méthanol. Elle représente en
effet l’énergie à transférer à une mole de molécules de méthanol à
l’état liquide pour les dissocier en molécules de méthanol à l’état
gazeux.
b. Mméthanol = 12 + 4 + 16 = 32 g.mol-1
nméthanol = 8 / 32 = 0,25 mol.
L’énergie de cohésion représentant l’énergie à transférer à une mole,
E = 4 x 8,8 = 35,2 kJ.mol-1.
c. Les énergies de liaisons intramoléculaires étant bien plus fortes que
les énergies de liaisons intermoléculaires, cette énergie a une valeur
bien inférieure.
MemoPage.com SA © / 2006 / Auteur : Anne Parras