Équation bilan algébrique :
Coefficients stœchiométriques algébriques :
État standard d'une espèce chimique dans un état (gaz, liquide ou solution) donné :
Pour une espèce chimique gazeuse, l'état standard à la température T est l'état de gaz parfait pur à cette température et à la pression standard P0=1 bar.
Pour une espèce chimique liquide, l'état standard à la température T est le corps pur à cette température et à la pression standard P0=1 bar.
L'état standard d'une espèce chimique en solution (soluté) à la température T est un état infiniment dilué à cette température, extrapolé à la concentration standard c0=1 mol⋅L-1.
Enthalpie molaire standard d'une espèce \(X\) dans son milieu :
L'enthalpie standard d'un changement d'état est la variation d'enthalpie lors de la transformation complète d'une mole de corps pur à la pression standard, exprimée en J/mol.
Exemple : enthalpie standard de vaporisation de l'eau
Variation de l'énergie potentielle d'interaction entre les molécules.
Variation du volume molaire.
Transformation virtuelle :
Enthalpie standard d'une réaction à la température T :
: enthalpie molaire standard de l'espèce chimique Xi.
Exprimée en J/mol.
Exemple :
Causes physico-chimiques de la variation d'enthalpie :
Loi de Hess : l'enthalpie standard d'une réaction est égale à la somme des enthalpies standard d'une succession de réactions qui, partant des mêmes réactifs, mènent aux mêmes produits.
On ne peut mesurer qu'une variation d'enthalpie entre deux états : l'enthalpie est définie à une constante additive près.
Pour une espèce chimique \(X\), comment définir \(H_X^{\circ}(T)\) de manière absolue ?
Nécessité de définir un état de référence pour les éléments chimiques constituant \(X\).
L'état standard de référence d'un élément chimique à la température T est le corps simple dans l'état physique le plus stable à cette température, à l'état standard.
Exemple : l'état standard de référence de l'élément \(\rm O\) à 298 K est \(\rm O_2(g)\) pur à la pression de \(1\,\rm bar\).
La réaction de formation d'un composé chimique est la réaction qui produit une mole de ce composé à partir de ses éléments pris dans leur état standard de référence.
Exemple : réaction de formation de l'eau liquide :
Enthalpie standard de formation d'un composé chimique : enthalpie standard de sa réaction de formation
Les enthalpies standards de formation sont obtenues expérimentalement : table thermodynamique à 298 K.
constitue l'enthalpie standard de l'espèce \(X\) définie de manière absolue.
Calcul de l'enthalpie standard de la réaction d'équation bilan
D'après la loi de Hess :
En l'absence de changement d'état entre T1 et T2 :
capacité thermique à pression constante molaire, de \(X_i\) à l'état standard.
Approximation d'Ellingham (en l'absence de changement d'état) :
Thermostat de température T.
Milieu extérieur de pression P.
Premier principe :
: enthalpies initiale et finale du système constitué des espèces dans leur état standard.
: avancement de la réaction à l'équilibre
État initial : moles de l'espèce i dans son état standard.
État final : moles de l'espèce i dans son état standard.
Exemple : .
État initial : n mole de à l'état standard et 2n moles de à l'état standard (les deux gaz ne sont pas mélangés).
État final : n mole de à l'état standard et 2n moles de à l'état standard (les produits sont séparés).
Lors d'une réaction monobare et monotherme, le transfert thermique du thermostat vers le système est :
Si les espèces sont mélangées à l'état initial et à l'état final ?
Pour un mélange de gaz parfaits ou pour une solution diluée idéale :
Approximativement vrai pour une solution réelle de très faible concentration.
Détermination expérimentale de par calorimétrie (mesure de Q).
Difficulté : les produits ne sont pas en général séparés et peut être très différent de si le mélange n'est pas idéal.
Une réaction est dite exothermique si lorsque , c'est-à-dire :
Dans le cas contraire, elle est endothermique.
Premier principe :
Réaction monotherme
Changement de température du mélange final :
Capacité thermique du mélange final :
Lors d'une réaction monobare et adiabatique, la variation de température du mélange est donnée par la relation
Si la réaction est exothermique . L'énergie libérée par la réaction est convertie en énergie d'agitation thermique.