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L’enthalpie (H) est une propriété thermodynamique définie comme la somme de l’énergie interne d’un système thermodynamique (U) et du produit de sa pression et de son volume (PV). C’est-à-dire que l’enthalpie est définie comme suit :
Cette propriété est caractérisée par le fait qu’elle est une fonction d’état. Cela signifie que la valeur de l’enthalpie d’un système à un instant donné ne dépend que de l’état dans lequel il se trouve et non de l’état immédiatement avant ou de celui qui viendra après. Autrement dit, l’enthalpie ne dépend pas du chemin qui a conduit le système à l’état dans lequel il se trouve, mais uniquement de l’état actuel.
changement d’enthalpie
La définition de l’enthalpie en tant que fonction d’état a plusieurs implications. L’une d’entre elles est que lorsqu’un système subit un changement d’état, ce changement peut à son tour impliquer une modification de l’enthalpie du système. En d’autres termes, chaque processus auquel un système est soumis est associé à un changement ou une variation d’enthalpie ; cette variation est notée ΔH et peut être positive, négative ou même nulle.
En raison de la manière dont l’enthalpie est définie, et en conséquence de la première loi de la thermodynamique, la variation d’enthalpie d’un processus dans lequel le système n’effectue qu’un travail d’expansion à pression constante est égale à la chaleur que ledit système absorbe. . Autrement dit, en l’absence d’autres types de travail,
où qP est la chaleur absorbée par le système lors d’un processus à pression constante. Ce résultat est d’une grande importance car un grand nombre de réactions chimiques se produisent à pression constante ; Pour cette raison, la mesure expérimentale de la quantité de chaleur dégagée ou absorbée au cours de ces processus permet de mesurer indirectement l’évolution de l’enthalpie du système.
Cette caractéristique donne naissance à ce qu’on appelle la thermochimie, qui n’est rien de plus que la partie de la thermodynamique (ou chimie) qui étudie les transferts de chaleur provoqués par l’apparition de réactions chimiques.
Loi de Hess
La deuxième implication que l’enthalpie est une fonction d’état est exprimée sous la forme de la loi de Hess. En ce qui concerne les réactions chimiques, cette loi stipule que « lorsque les réactifs sont convertis en produits, le changement d’enthalpie est le même, que la réaction soit effectuée en une seule étape ou en une série d’étapes ». Cela signifie que si nous commençons avec le réactif A et finissons avec le produit B, le ΔH de ladite réaction est indépendant de la manière dont la réaction s’est produite. Ceci, à son tour, implique que nous pouvons calculer le ΔH d’une réaction simplement en ajoutant les valeurs ΔH d’un ensemble de réactions qui parviennent à transformer les mêmes réactifs en les mêmes produits. Cette dernière est l’une des pratiques les plus courantes en thermochimie et c’est précisément le sujet de l’exemple de problème suivant.
Problème résolu du calcul du changement d’enthalpie d’une réaction à l’aide de la loi de Hess
Déclaration:
Calculez le changement d’enthalpie pour la réaction suivante en utilisant la loi de Hess,
Étant donné les enthalpies des réactions suivantes :
Solution
Pour calculer la variation ou le changement d’enthalpie à l’aide de la loi de Hess, nous devons trouver un moyen de combiner les équations chimiques qui nous sont données comme données afin que, lorsqu’elles sont ajoutées, elles aboutissent à l’équation de la réaction chimique dont nous voulons calculer le changement d’enthalpie.
Cela implique de manipuler des équations chimiques de diverses manières, notamment en les inversant, en les multipliant par des valeurs constantes ou en les divisant par des valeurs constantes. La chose la plus importante à garder à l’esprit est que tout ce qui est fait à l’équation chimique doit également être fait à sa valeur de ΔH. C’est-à-dire:
- Lors de l’inversion ou du retournement d’une équation thermochimique, le signe de son changement d’enthalpie doit également être inversé.
- Lors de la multiplication d’une équation entière par une constante, le changement d’enthalpie doit également être multiplié par la même constante.
- Lors de la division d’une équation chimique par une constante, le changement d’enthalpie doit également être divisé par la même constante.
Examinons les étapes nécessaires pour appliquer efficacement ces principes :
Étape 1 : Localisez les réactifs et les produits qui apparaissent dans les réactions données du bon côté de l’équation
Une stratégie générale qui peut être appliquée dans la plupart de ces problèmes est de rechercher un par un les réactifs et les produits de la réaction inconnue, c’est-à-dire celle dont on veut calculer l’enthalpie, dans toutes les réactions qui nous sont données comme données . Ensuite, vous devez vous assurer que le composé qui vous intéresse se trouve du côté droit de l’équation ; sinon, l’équation est inversée.
Par exemple, dans le présent problème, nous nous intéressons à l’aluminium élémentaire et à l’oxyde de fer apparaissant parmi les réactifs de réactions dont les enthalpies sont connues. Comme on peut le voir, cela implique d’inverser les deux équations, ainsi que d’inverser le signe de leurs changements d’enthalpie :
En inversant ces équations, nous pouvons placer les réactifs du côté où nous en avons besoin, mais en même temps nous plaçons les produits du bon côté. Cependant, le procédé n’est pas encore prêt puisque, comme on peut le voir, la somme de ces deux réactions ne donne pas la réaction recherchée.
Étape 2 : Multiplier ou diviser les coefficients stœchiométriques si nécessaire
Il faut comprendre que vous voulez que la somme des équations chimiques données donne l’équation inconnue. Cela implique que toute espèce qui n’apparaît pas dans la dernière doit être annulée et que toutes les autres espèces doivent avoir les coefficients stoechiométriques appropriés.
Dans notre problème, on peut voir que les réactions données comme données impliquent de l’oxygène moléculaire, qui n’est pas présent dans la réaction que nous recherchons, nous devons donc nous assurer qu’il s’annule lors de l’ajout des équations. Pour que cela se produise et, de plus, pour que les coefficients du fer et de l’oxyde ferrique soient corrects, il faut diviser la deuxième équation par 2, ainsi que son enthalpie. C’est-à-dire:
Ce qui se traduit par :
Étape 3 : Ajouter les équations
En ayant tous les réactifs et produits du bon côté et avec les bons coefficients, on peut additionner les équations et leurs enthalpies respectives, afin d’obtenir l’enthalpie recherchée :
Enfin, nous avons que le changement d’enthalpie de la réaction est :
Répondre:
La réaction entre l’aluminium et l’oxyde ferrique pour donner du fer et de l’oxyde d’aluminium a un changement d’enthalpie standard de -845,6 kJ/mol.
Les références
- Atkins, P., & dePaula, J. (2008). Chimie physique (8e éd .). Éditorial médical panaméricain.
- Britannica, Les rédacteurs de l’Encyclopédie. (2020, 9 avril). Enthalpie | Définition, équation et unités . Encyclopédie Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy
- Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chimie (11e éd .). McGraw-Hill Interamericana de España SL
- Définition du concept de rédaction. (2020, 16 décembre). Loi de Hess . Concept de – Définition de. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
- Suárez, T., Fontal, B., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R. et Romero, I. (2005). Principes de thermochimie . VII École vénézuélienne pour l’enseignement de la chimie. http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y
