Enthalpie libre et potentiel chimique
Enthalpie libre et potentiel chimique d'un corps pur. I - Définition de la fonction enthalpie libre G : 1 – Exemple de l'entropie :.
Table des matières 1 ENTHALPIE LIBRE - POTENTIEL
4 GRANDEURS MOLAIRES STANDARD. 8. 1 ENTHALPIE LIBRE - POTENTIEL. THERMODYNAMIQUE. 1.1 Constituant physico-chimique. Définition (Constituant chimique).
Enthalpie libre évolution et équilibre
Université du Maine - Faculté des Sciences. CHIM104B – Thermochimie - 6. Enthalpie libre ; évolution et équilibre. I. Enthalpie libre. 1. Définition.
Enthalpie libre G et potentiel chimique
25 août 2004 Définition 1. L'enthalpie libre ou énergie de Gibbs G est définie par la relation : 1. James Prescott Joule (1818-.
4. Thermochimie
On notera que selon cette définition
Application du deuxième principe : enthalpie libre ; potentiel
Les variables naturelles de l'enthalpie d'un corps pur sont l'entropie et la pression. • En différenciant la relation de définition de G déf. = H ? TS : dG = d
Reaction chimique - Thermodynamique - Cinétique
Université du Maine - Faculté des Sciences. Thermodynamique chimique. 15/18. Enthalpie libre ; évolution et équilibre. I. Enthalpie libre. 1. Définition.
Autour de lenthalpie libre
1. ENERGIE LIBRE ET ENTHALPIE LIBRE. 1.1 Energie libre. Par définition l'énergie libre d'un système tout entier à la température T est :.
Enthalpie libre Equilibres chimiques
II-Calcul de l'enthalpie libre et de ses variations III-1-variation de l'enthalpie libre molaire avec la pression ... III-2-1 Définition.
La chimie
une autre définition d'entropie vient du travail de Carnot. ?S = Q / T on définit la variation d'enthalpie libre (?G) à température constante.
Enthalpie libre ; évolution et équilibre - Le Mans University
Enthalpie libre ; évolution et équilibre I Enthalpie libre 1 Définition G = H – TS Gfonction d’état extensive s’exprime en joule Rq : elle se calcule à l’aide des potentiels chimiques ? (sera vu en 3èmeannée) 2 Variation élémentaire d’enthalpie libre
La thermodynamique II - University of Ottawa
L'enthalpie libre • la valeur de DG correspond à l'énergie disponible (“libre”) pour faire un travail i e si une réaction a une valeur pour DG de -100 kJ on peut faire un maximum de 100 kJ de travail • considère la combustion de l'hydrogène à une pression de 1 atm et 298 K 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(l)
Chapitre 1 Thermodynamique `a l’´equilibre
L’´energie libre est la fonction thermodynamique associ´ee a T N V x : F= F(TNVx) (13) 1 1 4 Enthalpie libre G L’enthalpie libre est d´e?nie par G= H?TS (14) On a : G= E+pV?TS= F+pV (15) La di?´erentielle de l’enthalpie libre s’´ecrit : dG= ?SdT+µdN+Vdp?Xdx (16)
Enthalpie libre et potentiel chimique - Unisciel
Enthalpie libre et potentiel chimique transparents de cours MP Lycée Montesquieu (Le Mans) Olivier Granier _____ 3 2 – Evolution monotherme et monobare introduction de la fonction G : On va définir la fonction G (enthalpie libre) de la même manière que la fonction H lors de transformations monobares pour lesquelles : ?H = Q
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Définition et intérêt L'enthalpie libre est la fonction d'état énergétique définie par : GH TS U PV TS Le travail utile maximal qu'un système peut fournir au milieu extérieur lors d'une transformation monotherme et monobare est égal à la diminution de son enthalpie libre : ûGWd utile
Qu'est-ce que la fonction enthalpie libre ?
La fonction enthalpie libre G a été introduite par Willard Gibbs. Elle est associée au second principe de la thermodynamique, principe d’évolution des systèmes physico-chimiques. Le second principe stipule que toute transformation réelle s’effectue avec création d’entropie, c’est-à-dire que le bilan entropique ?S (système) + ?S (extérieur) > 0 .
Comment calculer l’enthalpie libre de réaction ?
• Si ?rS°(T) connue, on applique =?? ° ? ?? ° rS T rG et on intègre cette relation . Aspect expérimental Accès à l’ enthalpie libre de réaction par construction d’une pile fonctionnant réversiblement et par mesure de la fem ?E . ? rG=-n.F. E? avec F Faraday = Nae = 96500 C.mol
Comment calculer l’enthalpie libre de formation données dans les tables thermodynamiques ?
?G0enthalpie libre de formation données dans les tables thermodynamiques (remarque : même convention que pour ?fH° c’est-à-dire ?fG° = 0 pour les corps purs simples) • soit à partir de la relation : rr r ?G (298)00 0=??H (298) T.?S (298)
Quel est le signe de la variation d’enthalpie libre de la réaction ?
La comparaison de Q ret K° permet de trouver le signe de la variation d’enthalpie libre de la réaction et de connaître l’évolution. Exemple d’application: Soit un système à 298K contenant du diazote, du dihydrogène et de l’ammoniac avec les pressions partielles respectives : 2 bar, 1 bar et 3 bar.
Past day
CHAPITRE
1 9Introduction
Nous avons défini et utilisé en classe de PCSI (en cours de physique et de chimie), trois fonctions thermodynamiques d'état : l'énergie interne U, l'enthalpie H et l'entropie S. Cestrois fonctions d'état, extensives, permettent de caractériser un système, quelle que soit sa
nature, qu'il soit ou non le siège d'une transformation physico-chimique.Nous allons dans ce chapitre définir une nouvelle fonction d'état : l'enthalpie libre ou énergie
de Gibbs G. L'influence de la composition du système sur la fonction G nous p ermettra d'introduire la notion de potentiel chimique dont nous préciserons les expressions po ur les différents états du corps pur.Plan du chapitre 1
A. La fonction G
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.Variations élémentaires de la fonction G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.L'équation de Gibbs-Helmholtz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 12B. Le potentiel chimique
. . . . . . . . . 13 1. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. Influences de la pression et de la température sur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.Expressions du potentiel chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
C. Les états du corps pur.
. . . . . . . . . . . . 18 1.Le diagramme d'état du corps pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 2.Condition d'équilibre du corps pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19 3. La relation de Clapeyron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Méthodes
L'essentiel ; mise en oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Énoncés des exercices
26Indications
28Solutions des exercices
29B B
Enthalpie libre
G et potentiel chimique01-01-chapitre.fm Page 9 Mercredi, 25. août 2004 10:37 10
10 Chapitre 1 : Enthalpie libre G et potentiel chimique Suite aux notions de Thermodynamique abordées dans le cours de Physiq ue de première année, nous présentons dans ce chapitre une nouvell e fonction thermodynamique, l'enthalpie libre G, le potentiel chimique d'un c onstituant B et les différentes expressions de ce potentiel chimique selon les d ifférentsétats physiques de l'espèce B.
Notations utilisées en thermodynamique :
Les grandeurs thermodynamiques extensives X associées à un systè me sont exprimées en joule 1 (J), à l'exception de l'entropie qui est exprimée en joul e par kelvin 2La variation s'exprime en
joule Nous avons relié les grandeurs thermodynamiques intensives caracté risant un système en réaction chimique à l'avancement (en mole) de la réaction par la relation : L'unité joule par mole est une abréviation de joule par mole d' avancement.Remarque :
s'exprime en .Par définition, l'avancement
de la réaction est : , : quantités de matière (en mol) de l'espèce B pour les avan- cements et est le nombre stoechiométrique algébrique de l'espèce B. est un produit ; est un réactif.A. La fonction G
Nous avons vu en classe de PCSI que la quantité , enthalpie, appa- raissait naturellement lors des mesures calorimétriques à pression constante. En ajoutant les variables température T et entropie S, on peut obteni r d'autres fonctions. A.1.Définition
U, H et G sont des grandeurs extensives qui s'expriment en joule . Si un système contient plusieurs sous-systèmes , , etc. (fig. 1) alors : ; de même :Définition 1
L'enthalpie libre
ouénergie de Gibbs G
, est définie par la relation :1. James Prescott Joule (1818-
1889). Physicien anglais, il énonce
la loi qui porte son nom sur le dégagement de chaleur dans une résistance, il interprète en 1851 la loi de Mariotte par la théorie cinétique des gaz et calcule la vitesse moyenne des molécules gazeuses. JK 1- ?XX final X initial2. William Thomson (lord Kelvin) :
1824-1907. Ses nombreux travaux
en thermodynamique ont permis l'introduction de la température absolue : . r XX? pT, en J mol 1- r SS? pT, =JK 1- mol 1- n B ?()n B ?0=()? B n B ?0=()n B ?0= B B 0B?>? B 0Fig. 1 - Schématisation d'un
système et de sous-systèmes.GHTSS entropie J K
1-T température en kelvin (K)
G enthalpie libre J()
H enthalpie J()-=
J() G G G S S S H H H U U U01-02-cours.fm Page 10 Mercredi, 25. août 2004 10:56 10
11 Cours A.2.Variations élémentaires de la fonction G
A.2.1 -
Étude d'un système fermé
1 de composition constante Les fonctions thermodynamiques d'état dépendent des quantité s de matières des différents constituants B. Comme la composition reste constante 2 La température du système est T, sa pression est pLa variation infinitésimale
3 de l'énergie interne dU s'écrit .S'il s'agit d'une
transformation réversible , si le travail mis en jeu n'est qu'un travail de refoulement de l'atmosphère , alors , le système étant en équilibre hydrostatique avec le milieu extérieur (pression ).Dans ce cas : .
Application à la fonction G : .
Cette dernière équation montre que la variation infinitésimale de l'enthalpie libre G d'un système de volume V et d'entropie S dépend des variations des deux paramètres intensifs T et p qui caractérisent l'état du système dont la composition reste constante. Si le système est composé de plusieurs sous-systèmes ( et g par exemple) de compositions constantes (fig. 2) , nous avons : Chaque sous-système peut être une phase homogène, non miscible aux autres, le système est soumis à la pression p et l'ensemble est à la température T. On peut appliquer l'équation de variation de G à chaque phase ; c'est-à-dire : , et de même pour les phases et g. G étant une fonction d'état des deux paramètres p et T, dG est une diffé- rentielle totale exacte qui s'écrit :Par identification : et
Cette formulation est valable pour n'importe quelle phase du systè me ?, en particulier :1. Système fermé : il n'échange pas
de matière avec le milieu extérieur, en revanche il peut y avoir des transferts thermiques et deséchanges de travaux.
2.Dans un système fermé,
quel que soit B.n B? cte= dn B? 0=3. Nous distinguons dans l'écriture
des infiniment petits, les grandeurs associées à une différentielle totale exacte et relatives à une fonction d'état du système : dU, dH, dS, dG, dF et celles qui ne sont pas relatives à des fonctions d'état : ?Q, ?W. dU?QdW+= ?Q TdS= ?Wp e dV- pdV- == p e dU TdSpdV.-= dH d UpV+()dUpdV Vdp++== dH TdSpdV-pdV Vdp++= dH TdS Vdp.+= dG d H TS-()dH TdS-SdT-== dG TdS VdpTdS SdT--+= dG VdpSdT.-=Fig. 2 - Le cylindre contient une
phase gazeuse et deux phases solides non miscibles et .L'ensemble est à l'équilibre ou en
évolution sous la pression p, à la
température T.αβg
p T g() VV V V g ++=dV dV dV dV g ++dV V V g SS S S g ++=dS dS dS dS g ++dS S S g ?? ?g??=() dG V dpS dT-= dG G? p?--------()() T dpG?T?--------()()
p dT.+= G? p?--------()() T V= G?T?--------()()
p S.- = G p?-----------()() T V =GT?-----------()()
p S01-02-cours.fm Page 11 Mercredi, 25. août 2004 10:56 10
12 Chapitre 1 : Enthalpie libre G et potentiel chimique A.2.2 - Étude d'un système fermé en réaction chimique 1 ou siège d'une transformation physique Les fonctions thermodynamiques d'état dépendent, comme dans le cas pré- cédent, des quantités de matière des différentes espèces B, mais en plus il est nécessaire de faire apparaître la variation de la quantité de matière de chaque espèce. Dans la suite du cours, nous utilisons essentiellement les deux paramè tres intensifs (pression p et température T) car ce sont ceux que l'opérateur peut contrôler le plus facilement et par la même occasion fixer. Lorsque le réacteur dans lequel s'effectue la réaction chimique est placé dans un thermostat maintenu à la température constante T, de telle manière que les transferts thermiques n'aient lieu qu'entre le réacteur et le thermostat, la réaction est dite monotherme. Lorsque le système réactionnel est soumis à une pression extérieure cons- tante, la réaction est dite monobare.A.3. L'équation de Gibbs
3 -Helmholtz 4 À partir de l'équation de définition de G : , nous obtenons : ; or , d'où : .Propriété 1
Si une fonction d'état X dépend des paramètres u, v, , ..., alors : La dernière sommation est étendue à toutes les espèces B ré agissantes.D'où pour les fonctions d'état U, H, F et G
2Propriété 2
L'équation de Gibbs-Helmholtz permet si l'on connaît la variation de à pression constante en fonction de la température d'en déd uire et réciproquement :Cette équation peut aussi s'écrire :
1. Un système en réaction chimique
peut être ouvert ou fermé, adiabatique ou non. Il peut contenir une ou plusieurs phases miscibles ou non, certaines pouvant être partiellement miscibles. n B dn B n A n B dXX? u?-------()() vn B duX? v?-------()() un B dv X? n B uvnAB≠
dn BB dU TdSpdV- U? n B SVnAB≠
dn BB dH TdS Vdp H? n B SpnAB≠
dn BB dG VdpSdT- G? n B pTnquotesdbs_dbs22.pdfusesText_28[PDF] enthalpie libre standard unité
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