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Thermodynamique chimique

Thermodynamique chimique

Thermodynamique chimique est l'étude de l'interrelation de la chaleur et le travail avec des réactions chimiques ou des changements physiques de l'État dans les limites des lois de la thermodynamique. thermodynamique chimique implique non seulement des mesures de laboratoire de diverses propriétés thermodynamiques, mais aussi l'application des méthodes mathématiques à l'étude des problèmes chimiques et la spontanéité des processus.

La structure de la thermodynamique chimique repose sur les deux premières lois de la thermodynamique. À partir des première et deuxième lois de la thermodynamique, quatre équations appelées "équations fondamentales de Gibbs" peuvent être dérivées. À partir de ces quatre facteurs, une multitude d’équations peuvent être déduites des propriétés thermodynamiques du système thermodynamique à l’aide de mathématiques relativement simples. Ceci décrit le cadre mathématique de la thermodynamique chimique.

La thermodynamique chimique est en contact étroit avec les sections de chimie telles que

  • chimie analytique
  • électrochimie
  • chimie colloïdale
  • Adsorption et chromatographie

Objectif de la thermodynamique chimique

L’objectif principal de la thermodynamique chimique est l’établissement d’un critère permettant de déterminer la viabilité ou la spontanéité d’une transformation donnée. De cette manière, la thermodynamique chimique est normalement utilisée pour prédire les échanges d'énergie qui se produisent dans les processus suivants:

  • Réactions chimiques
  • Changements de phase
  • La formation de solutions.

Les fonctions d'état suivantes constituent une préoccupation majeure en thermodynamique chimique:

  • Energie interne (U)
  • Enthalpie (h). L'enthalpie est une grandeur physique définie dans le domaine de la thermodynamique classique pour mesurer l'énergie maximale d'un système thermodynamique pouvant théoriquement être éliminé sous forme de chaleur. Il est particulièrement utile de comprendre et de décrire les processus isobares: pression constante, la variation de l’enthalpie est directement associée à l’énergie reçue par le système sous forme de chaleur, elles sont facilement quantifiables avec des calorimètres.
  • Entropie (S). L'entropie est une quantité thermodynamique qui explique l'énergie qui ne peut être utilisée dans un processus thermodynamique. C'est une fonction d'un état de caractère étendu et sa valeur grandit dans un système isolé, selon la deuxième loi de la thermodynamique. Cela peut être interprété comme l'état de désordre d'un système. La variation positive de l'entropie indique le sens naturel dans lequel un événement se produit dans un système isolé.
  • Énergie libre de Gibbs (G). En thermodynamique, l'énergie libre de Gibbs (ou enthalpie libre) est une expression mathématique, plus particulièrement une fonction d'état étendu, qui fournit la condition d'équilibre et de spontanéité pour tout processus qui se déroule sous une pression constante (par exemple, de nombreuses réactions). . produits chimiques). Les modifications de l’énergie libre sont symbolisées par ΔG et représentent l’énergie disponible pour les travaux chimiques utiles.

La plupart des identités en thermodynamique chimique résultent de l'application du premier principe de la thermodynamique et du deuxième principe de la thermodynamique, en particulier du principe de conservation de l'énergie, à ces fonctions de l'état.

Lois de la thermodynamique

En bref, les trois lois de la thermodynamique annoncent ce qui suit:

L'énergie de l'univers est constante.
Dans tout processus spontané, il y a toujours une augmentation de l'entropie de l'univers.
L'entropie d'un cristal parfait (bien ordonné) à 0 Kelvin est égale à zéro.

Les lois de la thermodynamique décrivent, en principe, le transport privé de chaleur et interviennent dans les processus thermodynamiques. Cependant, depuis sa conception, ces lois de la physique sont devenues la plus importante de toutes les sciences de la physique et autres sciences liées à la thermodynamique. Ils sont souvent associés à des concepts trop éloignés de ce que leurs déclarations contiennent.

Lois de la thermodynamique

0. Loi zéro de la thermodynamique

1. Première loi de la thermodynamique

2. Deuxième loi de la thermodynamique

3. Troisième loi de la thermodynamique

Le premier principe qui fut établi fut la deuxième loi de la thermodynamique, telle que formulée par Sadi Carnot en 1824. Les années 1860 établissaient déjà deux "principes" de la thermodynamique avec les travaux de Rudolf Clausius et de William Thomson, Lord Kelvin. Au fil du temps, ces principes sont devenus des "lois". En 1873, par exemple, Willard Gibbs affirmait qu'il y avait deux lois absolues de la thermodynamique dans ses méthodes graphiques en thermodynamique des fluides. Actuellement, quatre lois au total sont énoncées. Au cours des 80 dernières années, certains auteurs ont suggéré d'autres lois, mais aucune d'entre elles n'a été acceptée à l'unanimité.

Histoire de la thermodynamique chimique

Le développement de la thermodynamique chimique s'est développé simultanément de deux manières: thermochimie et thermodynamique.

L’émergence de la thermochimie en tant que science indépendante devrait être considérée comme la découverte par Herman Ivanovich Hess, professeur à l’Université de Petersburg, de la relation entre les effets thermiques des réactions chimiques et les lois de Hess.

En 1867, sur la base de la thermochimie, Marselen Berthelot a proposé l'une des premières théories d'affinité chimique, expliquant la direction du flux de réactions chimiques.

Les réalisations générales de la thermodynamique, dans le cadre de la chimie théorique, reflétées dans l'étude de l'entropie, ont conduit à l'émergence d'une autre méthode de recherche, non liée à la théorie de l'affinité chimique testée négativement.

Les bases de la thermodynamique chimique classique ont été établies dans le travail de Josiah Willard Gibbs "Sur l'équilibre des substances hétérogènes" (1878), dans lequel une méthode graphique a été développée pour représenter les états d'une substance, la méthode des potentiels. thermodynamique et règle de phases.

Les méthodes de Gibbs, également développées par Pierre Dueme, ont fortement stimulé le développement d'applications thermodynamiques, car elles étaient beaucoup plus simples que la méthode des processus circulaires, qui nécessitait d'inventer des processus hypothétiques fermant certains processus dans un processus circulaire.

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Dernier examen: 30 octobre 2018

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