Thermodynamique chimique : Application du premier principe à la transformation chimique

Cartes mémoires de vocabulaire portant sur l'application du premier principe de la thermodynamique aux réactions chimiques, les états standards et de référence, et les grandeurs de réaction.

État de référence d'un élément

État sous lequel un élément chimique est stable à la température considérée. Il sert de référence pour tabler les grandeurs thermodynamiques des corps simples.

Exemples d'états de référence

Formes stables des éléments à la température considérée : le graphite pour le carbone, les gaz diatomiques ($H_2(g)$, $O_2(g)$, $N_2(g)$, $Cl_2(g)$), certains liquides ou solides ($Br_2(l)$, $I_2(s)$, $Hg(l)$), et les gaz nobles sous forme monoatomique.

Pression standard ($P^\text{o}$)

Pression de référence fixée conventionnellement à la valeur $P^\text{o} = 1,00 \text{ bar}$ (soit $1,00 \times 10^5 \text{ Pa}$) pour la définition des états standards.

État standard d'un constituant gazeux

État du constituant gazeux pur à l'état de gaz parfait associé (sans interactions intermoléculaires) sous la pression standard $P^\text{o} = 1,00 \text{ bar}$ à la température $T$. Son activité $a$ est égale à $1$.

État standard de référence

État sous lequel un corps simple est stable à la température considérée et à la pression standard $P^\text{o} = 1,00 \text{ bar}$.

Énergie interne ($U$)

Somme de l'énergie cinétique microscopique (mouvements de translation, rotation et vibration des particules) et de l'énergie potentielle interne (interactions intermoléculaires) d'un système.

Premier principe de la thermodynamique

Principe de conservation de l'énergie stipulant que pour un système fermé et macroscopiquement au repos, la variation d'énergie interne s'écrit \text{\textDelta} U = W + Q, où $W$ est le travail et $Q$ est le transfert thermique.

Enthalpie ($H$)

Fonction d'état définie par $H = U + P V$, représentant l'énergie interne d'un système augmentée de l'énergie liée au travail des forces de pression sur l'environnement.

Transformation monobare

Transformation pour laquelle la pression extérieure reste constante. En l'absence de travaux autres que de pression ($W' = 0$), le transfert thermique est égal à la variation d'enthalpie : Q_p = \text{\textDelta} H.

Grandeur de réaction ($ ext{ extDelta}_r X$)

Grandeur intensive définie par la dérivée partielle d'une grandeur extensive $X$ par rapport à l'avancement \text{\textxi} à température et pression constantes : \text{\textDelta}_r X = \frac{\text{\textpartial} X}{\text{\textpartial} \text{\textxi}}.

Enthalpie standard de réaction ($ ext{ extDelta}_r H^ ext{o}$)

Variation d'enthalpie par unité d'avancement associée à une réaction chimique lorsque tous les réactifs et produits se trouvent dans leur état standard pur sous la pression $P^\text{o} = 1,00 \text{ bar}$.

Enthalpie standard de dissociation ($ ext{ extDelta}_{ ext{diss}} H^ ext{o}$)

Variation molaire d'enthalpie associée à la rupture d'une liaison $A-B$ à température fixée et sous la pression standard $P^\text{o}$, les réactifs et produits étant gazeux (A-B(g) \rightarrow A^\text{\textbullet}(g) + B^\text{\textbullet}(g)).

Énergie d'ionisation ($ ext{ extDelta}_{ ext{ion}} H^ ext{o}$)

Énergie nécessaire pour arracher un électron à une mole d'un atome gazeux à l'état fondamental ($A(g) \rightarrow A^+(g) + e^-$).

Affinité électronique ($AE$)

Énergie qu'il faut fournir à une mole d'anion gazeux à l'état fondamental pour lui arracher un électron ($A^-(g) \rightarrow A(g) + e^-$).

Énergie d'attachement électronique ($ ext{ extDelta}_{ ext{att}} H^ ext{o}$)

Énergie associée à la capture d'un électron par une mole d'un atome gazeux ($A(g) + e^- \rightarrow A^-(g)$), égale à $-AE$.

Réaction exothermique

Réaction chimique qui cède de l'énergie thermique au milieu extérieur, caractérisée par une enthalpie standard de réaction négative ($ ext{ extDelta}_r H^ ext{o} < 0$).

Réaction endothermique

Réaction chimique qui absorbe de l'énergie thermique du milieu extérieur, caractérisée par une enthalpie standard de réaction positive ($ ext{ extDelta}_r H^ ext{o} > 0$).

Cycle thermochimique adiabatique

Décomposition fictive d'une transformation adiabatique monobare ($ ext{ extDelta} H = 0$) en une étape de réaction isotherme ($ ext{ extDelta} H_{ ext{réaction}}$) suivie d'une étape de variation de température des espèces présentes ($ ext{ extDelta} H_{ ext{tempé}}$).

Capacité calorifique à pression constante ($C_P^\text{o}$)

Variation d'enthalpie d'un corps lors de l'augmentation de sa température de $1 \text{ K}$ (ou $1 \text{ }^\text{o}\text{C}$) à la pression standard $P^\text{o}$.

Réaction de formation

Réaction produisant une mole d'un corps dans une phase donnée à partir de corps purs simples pris dans leur état standard de référence à la même température.

Enthalpie standard de formation ($ ext{ extDelta}_f H^ ext{o}$)

Variation d'enthalpie associée à la réaction de formation d'une mole d'un corps à partir de ses éléments purs simples dans leur état standard de référence. Par convention, elle est nulle pour un corps simple dans son état standard de référence.

Loi de Hess

Loi permettant de calculer l'enthalpie standard d'une réaction globale en faisant la somme des enthalpies standard de formation des produits moins celle des réactifs, chacune multipliée par son coefficient stœchiométrique.

Approximation d'Ellingham

Approximation consistant à considérer l'enthalpie standard de réaction ($ ext{ extDelta}_r H^ ext{o}$) comme indépendante de la température en l'absence de changement d'état.

Variétés allotropiques du fer

Différentes structures cristallines du fer solide en fonction de la température : Fer \text{\textalpha} (jusqu'à $912 \text{ }^\text{o}\text{C}$), Fer \text{\textgamma} (entre $912 \text{ }^\text{o}\text{C}$ et $1394 \text{ }^\text{o}\text{C}$), et Fer \text{\textdelta} (entre $1394 \text{ }^\text{o}\text{C}$ et $1538 \text{ }^\text{o}\text{C}$).

Changements d'état physique

Transitions de phase de la matière reliant les états solide, liquide et gazeux : fusion, solidification, vaporisation, liquéfaction, sublimation et condensation.