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Thermodynamique chimique

Thermodynamique chimique

La thermodynamique chimique est l'étude de l'interrelation de la chaleur et du travail avec des réactions chimiques ou avec des changements physiques d'état dans les limites des lois de la thermodynamique.

La thermodynamique chimique implique non seulement des mesures en laboratoire de diverses propriétés thermodynamiques, mais aussi l'application de méthodes mathématiques pour l'étude des questions chimiques et la spontanéité des processus.

La structure de la thermodynamique chimique est basée sur les deux premières lois de la thermodynamique. À partir de la première loi de la thermodynamique et de la deuxième loi de la thermodynamique, on peut en déduire quatre équations appelées «équations de base de Gibbs». De ces quatre, une multitude d'équations peuvent être dérivées, qui relient les propriétés thermodynamiques du système thermodynamique, en utilisant des mathématiques relativement simples. Ceci délimite le cadre mathématique de la thermodynamique chimique.

Histoire de la thermodynamique chimique

En 1865, le physicien allemand Rudolf Clausius, dans sa théorie mécanique de la chaleur, a suggéré que les principes de la thermochimie, par exemple, la chaleur générée dans les réactions de combustion, pourraient être appliquées aux principes de la thermodynamique. Sur la base du travail de Clausius, entre 1873 et 1876, le physicien mathématicien américain Willard Gibbs publia une série de trois articles dont le plus célèbre fut le document Sur l'équilibre des substances hétérogènes.

Dans ces articles, Gibbs a montré comment les deux premières lois de la thermodynamique pouvaient être mesurées graphiquement et mathématiquement pour déterminer à la fois l'équilibre thermodynamique des réactions chimiques et leurs tendances à se produire ou à progresser. La collection de documents de Gibbs a fourni le premier corps unifié de théorèmes thermodynamiques basés sur des principes développés par d'autres, tels que Clausius et Sadi Carnot.

Au début du XXe siècle, deux publications importantes appliquèrent avec succès les principes développés par Gibbs aux procédés chimiques, jetant ainsi les bases de la science de la thermodynamique chimique. Le premier était le manuel Thermodynamics et l'énergie libre des substances chimiques de 1923 par Gilbert N. Lewis et Merle Randall. Ce livre était responsable de supplanter l'affinité chimique avec le terme d'énergie libre dans le monde anglophone.

Le second était le livre Modern Thermodynamics de 1933 par les méthodes de Willard Gibbs, écrit par EA Guggenheim. De cette manière, Lewis, Randall et Guggenheim sont considérés comme les fondateurs de la thermodynamique chimique moderne grâce à la grande contribution de ces deux livres. unifier l'application de la thermodynamique à la chimie.

Caractéristiques de la thermodynamique chimique

L'objectif principal de la thermodynamique chimique est l'établissement d'un critère pour la détermination de la faisabilité ou de la spontanéité d'une transformation donnée.

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De cette manière, la thermodynamique chimique est généralement utilisée pour prédire les échanges d'énergie qui se produisent dans les processus suivants:

 

  • Réactions chimiques
  • Changements de phase
  • La formation de solutions

Les fonctions d'état suivantes sont d'une importance capitale en thermodynamique chimique:

  • L'énergie interne (U).
  • Enthalpie (H).
  • Entropie (S).
  • L'énergie libre de Gibbs (G).

La plupart des identités dans la thermodynamique chimique résultant de l'application des lois premier et deuxième de la thermodynamique, en particulier la loi de conservation de l'énergie, ces fonctions de l'État.

Les 3 lois de la thermodynamique:

  • Première loi de la thermodynamique: L'énergie de l'univers est constante.
  • Deuxième loi de la thermodynamique: Dans tout processus spontané, il y a toujours une augmentation de l'entropie de l'univers
  • Troisième loi de la thermodynamique: L'entropie d'un cristal parfait (bien ordonné) à 0 Kelvin est nulle
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Dernier examen: 21 février 2018

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