Thermochimie (2) - enthalpie

I.D�finition de l'enthalpie

L'enthalpie, not�e H, est la mesure de l'�nergie du syst�me qui peut �tre d�gag�e sous forme de chaleur. (Enthalpie = quantit� de chaleur lib�rable par un syst�me).

Soit la r�action :

Il s'agit d'une r�action exothermique (chaleur, Q, en produit).

Calcul de la variation d'enthalpie

Variation d'enthalpie d'un syst�me = la quantit� de chaleur �chang�e par le syst�me � pression constante. Se note ΔH

L'enthalpie, une fonction d'�tat

L'enthalpie ne d�pend pas de la fa�on dont le syst�me a atteint son �tat. Elle ne prend en compte que la situation initiale et la situation finale, elle ne tient pas compte des autres situations interm�diaires.

On ne tient pas compte des situations interm�diaires C et D.

• Cons�quence directe de la notion de fonction d'�tat : B-A = -(A-B) ou ΔH_aller = -ΔH_retour.

• Donc, si le sucre (C₆H₁₂O₆) br�le avec l'oxyg�ne pour former du CO₂ et de l'eau en d�gageant 2808 Kj (ΔH = -2808) alors, pour reformer du sucre � partir de CO₂ et d'eau, il faudra fournir 2808 Kj au syst�me (ΔH = +2808).

R�f�rence "z�ro" de l'�chelle d'enthalpie

L'enthalpie est nulle, c'est � dire qu'il n'y a plus d'�nergie lib�rable par ces corps sous forme de chaleur par r�action chimique pour les corps purs simples dans leur �tat d'agr�gation (assemblage) le plus stable^* sous une pression = 1 bar (10⁵ Pa).

soit : Cl_{2 (g)} ; H_{2 (g)} ; O_{2 (g)} , C_(graphite) ; en effet, l'�tat le + stable pour le carbone est sous forme de graphite (pas de diamant !).

^*soit le plus petit assemblage chimique tel que l'ensemble soit stable (souvent = � l'�l�ment lui-m�me).

Enthalpie de changement d'�tat

D�finition : Quantit� d'�nergie � fournir pour faire changer d'�tat physique un corps.

Illustrations : valeurs relatives des enthalpies pour la fusion et la vaporisation.

Exemple de l'eau :

1. ΔHf = enthalpie de formation = quantit� d'�nergie � fournir pour mettre les corps purs ensemble et former de 1 mol�cule d'eau. Soit -286Kj.mol-1 2. ΔHvap = +44Kj.mol-1 = quantit� d'�nergie fournie pour rendre l'eau sous forme gazeuse (fourniture d'�nergie > l'enthalpie augmente) 3. (H2O (g) > H2O (l)) = ΔHliqu�faction = -44Kj.mol-1

ΔH est donn�e pour une temp�rature fix�e ! Ici 298,15 K (25�C), or on sait que l'eau devient vapeur seulement � 373,15 K (100�C). Comme on prend des r�f�rences identiques, on peut y appliquer les op�rations math�matiques.

II. Enthalpie des transformations chimiques

II.a. l'�quation thermochimique :

C'est une �quation chimique dans laquelle appara�t la variation d'enthalpie. Cette �quation doit �tre pond�r�e comme toute �quation.

1 CH4 (g) + 2O2 (g) -> 1 CO2 (g) + 2 H2O (l) +  1. (890 kJ)

2 CH4 (g) + 4O2 (g) -> 2 CO2 (g) + 4 H2O (l) +  2. (890 kJ)

Rappel, ici on donne l'enthalpie par mole de CH₄.

II.b. enthalpie standard de r�action

1 CH_{4 (g)} + 2O_{2 (g)} -> 1 CO_{2 (g)} + 2 H₂O _(l) +  1. (890 kJ)

• D�finition : L'enthalpie standard de r�action est la variation d'enthalpie entre les r�actifs dans leur �tat standard et les produits dans leur �tat standard. ΔH⁰_r = �tat standard pour un compos� pur sous une pression = 1 bar.

II.c. Loi de Hess :

 

Soit A la situation initiale, B la situation finale et C,D des situations interm�diaires.

On veut calculer ΔH soit :	HB-HA  = ΔH
mais  ΔH = aussi	HC-HA + HB - HC

Car l'enthalpie est une fonction d'�tat. Seuls les �tats finaux et initiaux sont pris en compte, peu importe le chemin utilis�.

Loi de Hess : L'enthalpie de la r�action globale est la somme des enthalpies des r�actions des diff�rentes �tapes conduisant aux m�me produits au d�part des m�me r�actifs.

III. Applications

III.1. enthalpie standard de formation

Au d�part des corps purs simples, on forme les mol�cules des r�actifs et celles des produits. La diff�rence entre les enthalpies de formation des r�actifs et des produits donnera, par la loi de Hess, l'enthalpie de r�action.

Ne pas oublier les coefficients st�chiom�triques !

III.2. enthalpie de combustion

Au d�part des r�actions de combustion des r�actifs et des produits (s'il s'agit de carburants qui r�agissent avec O₂). On peut retrouver l'enthalpie de r�action.

Tout carburant qui r�agit avec l'oxyg�ne se retrouve en fin de r�action sous forme de dioxyde de carbone et d'eau.

Par cons�quent :