Complément. Évolution spontanée et évolution forcée d'un système
chimique (comp.C1)
Document à l’intention de l’enseignant dont le contenu n’est pas à développer avec les élèves.
L’objectif de ce texte est de permettre à l’enseignant de replacer le critère d’évolution spontanée
retenu au Lycée dans le contexte du second principe de la thermodynamique.
Qu'est-ce q'un système et comment décrire ses transformations ?
Qu'est-ce qu'un système ?
Depuis la classe de seconde, on s’attache à bien spécifier le système.
En thermodynamique, le système c’est la partie de l’univers que l’on décide d’observer, le reste de
l’univers constituant le milieu extérieur.
En chimie, le système est l’ensemble des espèces chimiques que l’on met en contact :
- directement dans un becher ;
- ou par l’intermédiaire d’un support physique (par exemple, conducteur et pont salin, dans les
piles ; membranes dans le cas de la dialyse, de l'osmose, de la diffusion…).
Il importe de préciser dans quel état se trouve un système et comment le caractériser
En chimie le système est décrit au niveau macroscopique ; on utilise pour cela des grandeurs
physiques macroscopiques, pertinentes selon ce que l’on veut décrire : quantité de matière, p, V, T,
etc.
Comment décrire la transformation d’un système ?
Dans le cadre du lycée général, l'étude se limite le plus souvent aux systèmes fermés : n’échangeant
pas de matière avec l’extérieur, c’est par exemple le contenu d’un becher, du ballon d’un montage à
reflux (sauf dans le cas de dégagement gazeux, distillation…).
Le système est décrit dans son état initial (composition, T, p, …) ; l’évolution du système est
caractérisée par la modification des grandeurs macroscopiques jusqu’à un état où ces mêmes
grandeurs macroscopiques n’évoluent plus : c’est l’état final. L'état final est un état d’équilibre du
système ; il peut être atteint par disparition du réactif limitant, on qualifie alors la transformation de
totale (classes de seconde et de première S) sinon on parle d'une transformation non totale (état
d'équilibre chimique, classe de Terminale S).
Dans un système fermé, le bilan de matière est effectué à l’aide du processus gouvernant la
transformation, c'est à dire la réaction chimique. Un tableau descriptif de l’évolution du système
est proposé, qui permet de suivre l'état du système au cours de la transformation à l'aide de
l'avancement, noté x (exprimé en mol).
NB : dans le cadre des titrages, vus en classe de première S, si on limite le système au contenu du
becher, ce système est ouvert puisque il reçoit de la matière de la burette. Pour considérer le système
comme fermé et appliquer les lois de conservation, il faut étendre le système au volume de réactif
titrant versé de la burette (gen.5 : mise au point de vocabulaire).