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05/04/2020. Cours de La Thermodynamique Chimique Et Equilibre. Groupes LGP.[17/

05/04/2020. Cours de La Thermodynamique Chimique Et Equilibre. Groupes LGP.[17/D.E.F.et G (4.5.6.7)]. CHAPITRE.1. Thème : Introduction a la Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe INTRODUCTION. Nous sommes les témoins journaliers, dans notre environnement, de phénomènes de caractères différents (chimique, électrique, mécanique, optique, etc.) ayant lieu dans des milieux biologiques, chimiques ou physiques et qui sont accompagnés d'échanges ou de transformations d'énergie. Par exemple, une réaction chimique (dans une pile) peut produire un courant électrique qui peut lui-même fournir un travail mécanique en faisant fonctionner un moteur électrique. Les interactions entre ces différents phénomènes mettant en jeu des échanges ou des transformations d'énergie ainsi que l'étude des systèmes qui en sont le siège constituent l'objet de la thermodynamique. La thermodynamique est donc fondamentalement la science des transformations de L’énergie. Elle étudie les caractéristiques énergétiques relatives à la transformation de la matière qu'elle soit physique (production de travail ou de chaleur, changement d'état physique, ...) ou chimique (réactions chimiques). Elle s'intéresse plus particulièrement à la transformation d'un système matériel. Considérant la transformation de la matière, on peut distinguer deux niveaux de réalité : • une réalité non observable directement qui constitue l'aspect microscopique de la matière et concerne le comportement des atomes et molécules, leurs interactions, réorganisations, etc. • une réalité observable et donc mesurable qui constitue l'aspect macroscopique de la matière : propriétés chimiques de la matière et paramètres physiques caractérisant son état (température, pression, volume, production de travail et de chaleur, etc.). La thermodynamique classique ne s'intéresse pas à l'aspect microscopique de la matière. Elle est donc indépendante de toutes les hypothèses concernant sa structure et s'attache exclusivement à décrire son aspect macroscopique (approche phénoménologique). Son rôle essentiel est de prévoir si un système physicochimique peut évoluer dans des conditions données et dans le cas affirmatif prévoir le sens d'évolution du système à partir de deux grandeurs fondamentales : l'énergie et l'entropie. Introduction Sur La Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe. Page 1 L'étude thermodynamique porte ainsi essentiellement sur les caractéristiques de l'état initial (El) et l'état final (EF) du système qui évolue. Cette étude ne tient pas compte du paramètre de temps (f) ni du chemin suivi au cours d'une transformation donnée. La vitesse d'évolution, le mécanisme de transformation et les étapes intermédiaires par lesquelles passe le système pour arriver à l'état final font l'objet d'une autre branche de la chimie : la cinétique chimique. I.LE SYSTÈME. I.1. Définition Générale D’un Système. Le système est une portion d'espace qu'on étudie. Il est limité par une surface réelle ou fictive (arbitraire) à travers laquelle s'effectuent les échanges d'énergie et/ou de matière avec le milieu extérieur (ou environnement).L'ensemble système et milieu extérieur constitue l'univers. Un système prend différents noms suivant la nature des échanges effectués avec le milieu extérieur : Un système ouvert peut échanger, avec le milieu extérieur, de l'énergie et de la matière. Exemple : un réacteur chimique ouvert à l'air, un feu de bois, une cellule d'électrolyse. R paroi (limite) séparant le S système du milieu extérieur.[1]. Figure.1.Système ,Milieu Extérieur Et Univers. Un système fermé peut échanger de l'énergie mais pas de matière avec le milieu extérieur. Exemple : un circuit de refroidissement d'un réfrigérateur ou d'un moteur de voiture Un système adiabatique (ou thermiquement isolé) ne peut pas échanger d'énergie avec le milieu extérieur. En pratique, une isolation parfaite est impossible. On qualifie donc d'adiabatique un système dont l'échange thermique est minimal. Exemple : un vase de Dewar. Un système isolé ne peut échanger ni énergie ni matière avec le milieu extérieur. Introduction Sur La Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe. Page 2 Ici aussi une isolation parfaite est impossible en pratique. Exemple : un réacteur de volume constant isolé thermiquement. Remarque.1. On attribue un signe algébrique à la quantité d'énergie ou de matière échangée entre le système et le milieu extérieur afin de préciser le sens de l'échange. L'attribution de signe se réfère au système en utilisant la convention du banquier : => l'énergie ou la matière reçue (gagnée) par le système est comptée positivement d’une part, et => l'énergie ou la matière fournie (perdue) par le système est comptée négativement d’autre part . I.2. Les Variables D’état. Comme nous l'avons déjà indiqué, la thermodynamique s'occupe des échanges énergétiques accompagnant une transformation qui est le passage d'un système (physique ou chimique) d'un état initial (El) à un état final (EF). Pour définir la transformation, il faut que l'état initial et l'état final du système considéré soient connus. C'est l'ensemble des valeurs prises par des grandeurs thermodynamiques relatives à l'état macroscopique appelées "variables d'état" ou encore "paramètres d'état", comme la masse (m), la pression (P), le volume (V), la concentration (C), la densité (d), la température de changement d'état , etc., qui permettent de définir l'état du système. Donc un bon nombre de ces variables d'état sont liées entre elles, se sont : Masse volumique. Concentration. Pression. Température. Potentiel Chimique. La variation de l’une des fonctions d’état ne dépend que de l’état initial et final du système, quel que soit le chemin emprunté. On ne considère que X final et X initial. La variation ΔX = Xfinal − Xinitial….1. L’équation d’état relie les variables d’état du système : PV = NRT (pour un GP).(2). Introduction Sur La Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe. Page 3 Les variables extensives sont proportionnelles à la quantité de matière du système : masse (m), nombre de moles (n,), volume (V), charge électrique (q), etc. Les variables extensives sont additives. Si l'on double la quantité de matière (n) du système, elles doublent aussi. Les variables intensives sont des grandeurs indépendantes de la quantité de matière du système : température (T ), pression (P), concentration {Ci), masse volumique (p), potentiel redox (£) et toutes les grandeurs molaires Vm, Cp, Um, Sm, . Une variable intensive est un facteur de qualité. Elle possède la même valeur en n'importe quel point du système. D'une manière générale, lorsque l'on réunit 2 systèmes S] et S2 en un unique système S3, une variable z peut prendre deux valeurs : 23 = 22 = zi ==> z est une variable intensive.(3). Z3 = Zl + Z2 => z est une variable extensive.(4). Certaines grandeurs intensives couramment utilisées en chimie sont obtenues en divisant une grandeur extensive relative à un système donné par sa quantité de matière. Les grandeurs ainsi obtenues sont appelées grandeurs molaires Zm et sont aussi désignées sous le nom de grandeurs extensives réduites. Le système 83 est obtenu par la réunion de Si et Sg. On constate que le volume 1/3 est la somme des deux volumes l/i et 1/2 et que la masse my, est la somme des deux masses mi et ma. Par contre la température reste invariable. Quant à la concentration Cg, elle change mais prend une valeur différente de la somme (Ci + Cg). [2]. Introduction Sur La Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe. Page 4 II. Le premier principe. Introduction. Le premier principe de la thermodynamique basé sur la conservation de l’énergie telle que : L’énergie se conserve, elle ne peut être créée ni détruite, et il existe une équivalence entre les différentes formes d’énergie. Ainsi, l’énergie d’un système isolé est constante. II.1. Principe de conservation de l’énergie. C'est l'hypothèse fondamentale à la base du premier principe : L'énergie totale d'un système isolé se conserve. Le premier principe consiste à reformuler la conservation de l'énergie en distinguant les termes qui affectent l'ensemble d'un système, comme la pesanteur, et les termes caractérisant les degrés de liberté internes au système, liés à son volume, sa composition chimique, da température, etc. La mécanique classique s'interesse en général aux premiers, et la thermodynamique plutôt aux seconds, qu'on va grouper quand ce sera possible dans une énergie dite interne. II.2.L’énergie interne (U) : On peut distinguer deux types d’énergies d’un système : l’énergie interne (parfois appelée microscopique) : elle est la somme des énergies de toutes les particules qui composent le système, dans le référentiel du centre de masse du système. Son origine peut être :  l’énergie cinétique des particules individuelles : translation, rotation, vibration pour des molécules...  l’énergie potentielle d’interaction entre particules. Elle met en général en jeu des processus qu’on peut décrire grâce à la mécanique quantique. Exemples : liaisons covalentes, forces de Van der Walls, liaisons ioniques, liaisons métalliques... l’énergie de masse des particules (mc2). l’énergie potentielle des particules lorsqu’elles sont soumises à une force extérieure. l’énergie macroscopique : c’est l’énergie cinétique de l’ensemble du système lorsque son centre de masse n’est pas immobile. Introduction Sur La Thermodynamique Chimique Et Le Premier Principe. Page 5 Si en général, en thermodynamique, on se placera dans le référentiel du centre de masse, de sorte qu’on pourra éliminer des équations l’énergie cinétique macroscopique. Par contre, si le système est soumis à des forces extérieures, on ne peut pas à priori les éliminer, et elles se manifestent via l’énergie potentielle des particules individuelles. Cependant, si le système est suffisamment petit par rapport à la distance sur laquelle la force considérée varie, alors toutes les uploads/Finance/ introduction-sur-la-thermodynamique-chimique-et-le-premier-principe-cours-n0-1-docx.pdf