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Significations chimiques de DU et DH. Relation entre Qv et Qp à température constante. Variation de DU et DH avec la température. |
Lors d'une transformation chimique les grandeurs d'état U et H sont directement liées aux chaleurs de réaction.
L' énergie interne et l' enthalpie sont des fonctions d'état dont la signification essentielle pour un chimiste est la suivante :
La variation d'énergie interne DU au cours d'une transformation chimique correspond à la chaleur de réaction à volume constant . On la note Qv.
La variation d'enthalpie de réaction DH pour la même transformation correspond à la chaleur de réaction à pression constante Qp.
Si Q est positive la transformation est endothermique, sinon elle est exothermique
De la relation DH = DU + D(p.V) et des considérations faites au paragraphe précédent, on déduit :
Transformation avec consommation ou formation de gaz :
Si la transformation s'accompagne d'une variation Dn du nombre de moles des composés gazeux et que l'on considère ces derniers comme parfaits, la loi des gaz parfaits p.V = n. R. T s'applique et
Notez que le symbole D a la même signification quand il s'applique au nombre de moles de gaz que lorsqu'il précède une fonction d'état : il indique que Dn correspond à la variation du nombre de moles de gaz au cours de la transformation, c'est à dire à la différence entre le nombre de moles de gaz à l'état final et le nombre de moles de gaz à l'état initial.
Transformation en phase condensée :
Si la transformation s'effectue exclusivement en phase condensée (réaction entre liquides et /ou solides, réactions en solution) alors D(p.V) est très faible et voisine de zéro. On peut alors considérer que :
Pour la plupart des transformations chimiques, les ordres de grandeur des variations d'enthalpie ou d'energie interne sont de quelques centaines de kJ.mol-1, et l'ordre de grandeur de (Dn) . R. T de quelques kJ.mol-1. Il y a donc peu d'écart entre Qp et Qv et souvent, lorsque la précision recherchée n'est pas trop grande, on peut faire l'approximation Qp # Qv.
On vérifie facilement que par exemple si Dn = 1 mol, alors Qp - Qv = 1. R. T = 1 . 8,31 . 298 = 2480 J = 2,48 kJ.
Problème d'autoformation :
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exercices sont conçus pour vous apprendre à les résoudre : leur originalité
est de proposer une aide guidée très détaillée et progressive.
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Détermination de la variation d'énergie interne et d'enthalpie pour une transformation Une réaction chimique est tirée au sort : on vous donne soit la variation d'énergie interne associée et vous devez trouver la variation d'enthalpie correspondante, soit l'inverse.
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Elles découlent de l'intégration des relations suivantes :
où Cv et Cp représentent les capacités calorifiques du système envisagé à volume ou à pression constante.
Ces relations sont telles que Cv représente donc la quantité de chaleur à fournir à un système pour élever sa température de 1 degré à volume constant et Cp, la quantité de chaleur à fournir à un système pour élever sa température de 1 degré à pression constante.
Nous verrons au chapître " Calcul des variations d'enthalpie lors d'une réaction chimique " comment ces relations vont être exploitées pour calculer des variations d'enthalpie ou d'énergie interne associées à une réaction donnée.
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