Thermodynamique chimique
La thermodynamique chimique relie l’état d’un système aux échanges d’énergie et à l’évolution des réactions.
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Système et variables d’état
Définitions essentielles
Un système est la partie étudiée, séparée du milieu extérieur par une frontière.
- Système ouvert, fermé ou isolé.
- L’état macroscopique décrit le système à l’instant donné.
- Les grandeurs extensives dépendent de la quantité de matière.
Repères thermodynamiques
- Variables d’état : P, V, T, n et composition.
- Fonctions d’état : elles ne dépendent que de l’état final.
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Enthalpie et entropie
Comparer H et S
Enthalpie H
- Liée aux échanges thermiques à pression constante.
- ΔH de réaction mesure l’effet thermique.
- ΔH < 0 : réaction exothermique.
Entropie S
- Mesure la dispersion de l’énergie.
- ΔS aide à prévoir le sens spontané.
- ΔS > 0 : évolution entropiquement favorisée.
Lien thermodynamique
Une variation négative correspond à un dégagement d’énergie vers le milieu extérieur.
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Énergie libre de Gibbs
Formule clé
À température et pression constantes, ΔG permet de décider du sens spontané.
Mémo
==G = H moins T fois S==. Si ΔG baisse, la transformation est favorisée.
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Spontanéité et équilibre
Lecture immédiate
| Condition | Interprétation | Conséquence |
|---|---|---|
| \Delta G < 0 | Transformation spontanée | Le système évolue vers l’équilibre. |
| \Delta G = 0 | Équilibre chimique | Aucune évolution macroscopique nette. |
| \Delta G > 0 | Transformation non favorisée | Le sens inverse est favorisé. |
Équilibre chimique
À retenir
- Spontanéité ne signifie pas rapidité.
- La thermodynamique prévoit le sens, pas la vitesse.
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Constante d’équilibre et applications
Processus logique
- 1
Écrire l’équation de réaction.
- 2
Comparer l’état initial au quotient de réaction.
Cas pratique
On considère une transformation chimique à température et pression constantes. On sait que ΔG est négatif au départ.
- ΔG < 0 signifie que l’état initial n’est pas à l’équilibre.
- Le système évolue spontanément dans le sens qui fait diminuer G.
- La transformation se poursuit jusqu’à atteindre ΔG = 0.
La transformation est spontanée dans le sens direct jusqu’à l’équilibre chimique.
Mini-défi
- Que signifie ΔG = 0 pour un système chimique ?
- Quelle grandeur relie l’équilibre à l’état final ?
- La thermodynamique chimique relie l’état d’un système aux échanges d’énergie et à l’évolution des réactions.