Fiche de révision : Introduction à la thermochimie

📋 Plan du Cours

1. Objet et spontanéité des réactions
2. Systèmes et conventions énergétiques
3. Variables et fonctions d’état
4. État d’équilibre thermodynamique
5. Gaz parfait et équation d’état
6. Mélanges gazeux et pressions partielles

📖 1. Objet et spontanéité des réactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Thermochimie : Étude des échanges de chaleur et de travail lors des transformations et des réactions chimiques.

★ À maîtriser

📐 Formule — La variation d’énergie de Gibbs vérifie $\Delta G = G_{finale} - G_{initiale}$.

📌 Si $\Delta G < 0$, la réaction est spontanée ; si $\Delta G > 0$, elle est impossible ; si $\Delta G = 0$, le système est à l’équilibre.

Compléments

• Lors d’une réaction chimique, des échanges d’énergie, limités au travail W et à la chaleur Q en chimie, se produisent entre le système et le milieu extérieur.

💡 Astuce mémo

Variation de Gibbs négative → réaction spontanée

📖 2. Systèmes et conventions énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Système : Portion de l’espace et son contenu où se situe la matière étudiée ; son environnement est le milieu extérieur, et le système avec le milieu extérieur constitue l’univers.

📝 Points essentiels

📌 Un système isolé n’échange rien avec le milieu extérieur, un système fermé échange de l’énergie mais pas de matière, et un système ouvert échange de l’énergie et de la matière.

📌 Selon la convention adoptée, une énergie reçue par le système est comptée positivement et une énergie perdue par le système est comptée négativement.

💡 Astuce mémo

Isolé : rien n’échange ; fermé : l’énergie échange ; ouvert : matière et énergie échangent

📖 3. Variables et fonctions d’état

🔑 Notions clés & Définitions

• Variable d’état : Une variable d’état est une propriété physique ou chimique qui caractérise l’état d’un système à un instant donné, notamment la température, la densité, la pression, la masse et le volume.
• Fonction d’état : Fonction dont la variation dépend uniquement de l’état initial et de l’état final, indépendamment du chemin suivi.

★ À maîtriser

📌 Les variables extensives dépendent de l’étendue du système et s’additionnent lors de la réunion de deux systèmes, tandis que les variables intensives sont indépendantes de cette étendue et ne s’additionnent pas.

Compléments

• L’altitude est une fonction d’état, car la différence d’altitude entre la base et le sommet reste la même quel que soit le chemin, contrairement à la distance parcourue ou à l’énergie dépensée par les jambes.

💡 Astuce mémo

Extensive : s’additionne ; intensive : ne s’additionne pas

📖 4. État d’équilibre thermodynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• État d’équilibre : État dans lequel les variables thermodynamiques qui décrivent le système ne varient plus au cours du temps à l’échelle macroscopique.

📝 Points essentiels

• L’état d’équilibre vers lequel évolue naturellement un système peut être thermique, mécanique ou chimique.

📖 5. Gaz parfait et équation d’état

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : Modèle théorique constitué de particules sans interaction entre elles, se déplaçant aléatoirement et dont les trajectoires ne sont modifiées que par les chocs entre particules ou contre les obstacles.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un gaz parfait, l’équation d’état est $PV = nRT$.

• Dans l’équation des gaz parfaits, P est la pression en pascals, V le volume en mètres cubes, n la quantité de matière en moles, T la température en kelvins et R la constante des gaz parfaits égale à 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹.

Compléments

• Les conversions indiquées sont 1 bar = 10⁵ Pa, 1 m³ = 1000 L et T(K) = 273,15 + T(°C).

📐 Formule — L’équation de Van der Waals pour les gaz réels s’écrit $$(P + \frac{a}{V^2})(V-b)=nRT$$$, où a et b sont des constantes caractéristiques du gaz étudié.

📖 6. Mélanges gazeux et pressions partielles

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression partielle : Pression qu’un gaz exercerait s’il occupait seul le même volume.
• Fraction molaire : La fraction molaire de A dans un mélange est définie par $x_A=\frac{n_A}{n_A+n_B+n_C}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans un mélange de gaz parfaits, la pression totale est la somme des pressions partielles : $P_T=p_A+p_B+p_C$.

📐 Formule — La pression partielle d’un constituant est liée à la pression totale par $$p_A=x_AP_T$$$, avec des relations analogues pour B et C.

Compléments

📐 Formule — Pour chaque constituant d’un mélange gazeux, la pression partielle vérifie $p_A=\frac{n_ART}{V}$, et de même pour les autres gaz.

💡 Astuce mémo

Fraction molaire × pression totale → pression partielle

📊 Tableaux de synthèse

Types de systèmes

Variables d’état