Thermochimie
La thermochimie est l'étude de l'énergie et de la chaleur en rapport avec les réactions chimiques et les transformations physiques (changements physiques). Les transformations physiques se produisent lorsqu'un état de la matière (un solide ou un liquide, par exemple) passe à un autre état. La fusion (lorsqu'un solide devient un liquide) et l'ébullition (lorsqu'un liquide devient un gaz) sont des exemples de transformations.
Une réaction donne ou reçoit de l'énergie. Une transformation physique donne ou reçoit également de l'énergie. La thermochimie s'intéresse à ces changements d'énergie, en particulier à l'échange d'énergie d'un système avec son environnement. La thermochimie est utile pour prédire les quantités de réactifs et de produits à tout moment pendant une réaction donnée. Les thermochimistes utilisent pour cela des données, notamment des déterminations de l'entropie. Les thermochimistes indiquent si une réaction est spontanée ou non, favorable ou défavorable.
Les réactions endothermiques absorbent la chaleur. Les réactions exothermiques dégagent de la chaleur. La thermochimie combine les concepts de la thermodynamique et de l'énergie sous forme de liaisons chimiques. Elle inclut des calculs de quantités telles que la capacité thermique, la chaleur de combustion, la chaleur de formation, l'enthalpie, l'entropie, l'énergie libre et les calories.
Le premier calorimètre à glace du monde, utilisé durant l'hiver 1782-83, par Antoine Lavoisier et Pierre-Simon Laplace. Il a permis de constater que la chaleur évoluait en fonction de divers changements chimiques. Ces calculs étaient basés sur la découverte antérieure de la chaleur latente par Joseph Black. Ces expériences ont donné naissance à la thermochimie.
Histoire
La thermochimie est née de deux idées :
- La loi de Lavoisier et Laplace (1780) : Le changement d'énergie pour toute transformation est égal et opposé au changement d'énergie pour le processus inverse.
- La loi de Hess (1840) : Le changement d'énergie pour toute transformation est le même, qu'elle se fasse en une ou plusieurs étapes.
Ces découvertes sont antérieures à la première loi de la thermodynamique (1845). Elles ont aidé les scientifiques à comprendre cette loi.
Edward Diaz et Hess ont étudié la chaleur spécifique et la chaleur latente. Joseph Black a développé le concept de changements d'énergie latente.
Gustav Kirchhoff a montré en 1858 que la modification de la chaleur de réaction est donnée par la différence de capacité thermique entre les produits et les réactifs : ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\displaystyle {{\partial \Delta H} \over \partial T}=\Delta C_{p}}
. L'intégration de cette équation permet d'évaluer la chaleur de réaction à une température donnée à partir de mesures effectuées à une autre température.
Calorimétrie
La mesure des changements de chaleur est appelée calorimétrie. Elle mesure la chaleur des réactions chimiques ou des changements physiques. Un calorimètre, un appareil de calorimétrie, est généralement une chambre fermée.
La calorimétrie a ces étapes : Les chimistes font en sorte que le changement se fasse à l'intérieur de la chambre. La température de la chambre est mesurée à l'aide d'un thermomètre ou d'un thermocouple. La température est tracée en fonction du temps pour donner un graphique. Les chimistes utilisent le graphique pour calculer les quantités fondamentales.
Les calorimètres modernes sont équipés de petits ordinateurs qui mesurent la température et fournissent rapidement les données calculées. Un exemple est le calorimètre différentiel à balayage (DSC).
Systèmes
Plusieurs définitions thermodynamiques sont très utiles en thermochimie. Un "système" est la section spécifique de l'univers qui est étudiée. Tout ce qui se trouve en dehors du système est considéré comme l'environnement ou le milieu environnant. Un système peut l'être :
- un système isolé - lorsqu'il ne peut pas échanger de l'énergie ou de la matière avec l'environnement, comme dans le cas d'un calorimètre de bombe isolé ;
- un système fermé - lorsqu'il peut échanger de l'énergie mais sans se soucier de l'environnement, comme dans le cas d'un radiateur à vapeur ;
- un système ouvert - lorsqu'il peut échanger à la fois de la matière et de l'énergie avec l'environnement, une casserole d'eau bouillante par exemple.
Processus
Un système subit un "processus" lorsqu'une ou plusieurs de ses propriétés (caractéristiques) changent. Un processus se rapporte (se connecte) au changement d'état. Un processus isotherme (même température) se produit lorsque la température du système reste la même. Un processus isobare (même pression) se produit lorsque la pression du système reste la même. Un processus adiabatique (pas d'échange de chaleur) se produit lorsqu'aucune chaleur ne circule.
Pages connexes
- Publications importantes dans le domaine de la thermochimie
- Réaction isodésique
- Principe du travail maximum
- Calorimètre de réaction
- Le principe de Thomsen-Berthelot
- Julius Thomsen
- Bases de données thermodynamiques pour les substances pures
- Calorimétrie
- Physique thermique
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la thermochimie ?
R : La thermochimie est l'étude de l'énergie et de la chaleur liées aux réactions chimiques et aux transformations physiques.
Q : Quels sont des exemples de transformations physiques ?
R : Les exemples de transformations physiques comprennent la fusion (lorsqu'un solide devient un liquide) et l'ébullition (lorsqu'un liquide devient un liquide).
Q : Comment la thermochimie aide-t-elle à prévoir les quantités de réactifs et de produits ?
R : Les thermochimistes utilisent des données, y compris des déterminations d'entropie, pour prédire les quantités de réactifs et de produits à tout moment au cours d'une réaction donnée.
Q : Les réactions endothermiques sont-elles favorables ou défavorables ?
R : Les réactions endothermiques sont défavorables.
Q : Les réactions exothermiques sont-elles favorables ou défavorables ?
R : Les réactions exothermiques sont favorables.
Q : Quels concepts la thermochimie combine-t-elle ?
R : La thermochimie combine les concepts de la thermodynamique avec l'idée d'énergie sous forme de liaisons chimiques.
Q : Quels types de calculs les thermochimistes effectuent-ils ?
R : Les thermochimistes effectuent des calculs tels que la capacité thermique, la chaleur de combustion, la chaleur de formation, l'enthalpie, l'entropie, l'énergie libre et les calories.
