Premier principe de la thermodynamique appliqué aux transformations physico-chimiques

Qu’est-ce que l’enthalpie de réaction ?

L’enthalpie de réaction $\Delta _r H$ correspond à la variation d’enthalpie dans un mélange réactionnel dont l’avancement, $\xi=1mol$, et qui évolue de manière isotherme, isobare. Elle est donnée par :

$\Delta _r H= \left( \frac{\partial H}{\partial \xi}\right) _{T,P}$

Avec

$H$ l’enthalpie en J.

$\xi$ l’avancement de la réaction en mol.

Comment calculer une enthalpie standard de réaction ?

On peut utiliser la loi de Hess qui permet de trouver l’enthalpie standard de réaction à partir des enthalpies standards de formation des réactifs et des produits. La loi s’écrit :

$\Delta _r H ^o = \sum _i \nu _i \Delta _f H ^o _i$

Avec

$\Delta _r H ^o$ l’enthalpie standard de réaction

$\nu _i$ le coefficient stœchiométrique algébrique du constituant $i$ de la réaction (positif si produit et négatif si réactif)

$\Delta _f H ^o _i$ enthalpie de formation du constituant $i$

Pour obtenir l’enthalpie de réaction, il est à noter que :

$\Delta _r H(T,P,\xi) \approx \Delta _r H ^o(T)$

Comment savoir si une réaction est exo ou endothermique ?

Dans le cas d’une transformation isobare, on a :

$\Delta H =Q$

D’où :

$\Delta _r H ^o = \frac{Q}{\psi}$

Conséquence :

Si $\Delta _r H < 0$   -> la réaction libère de la chaleur dans l’environnement

-> Réaction exothermique

Si $\Delta _r H > 0$   -> la réaction consomme de la chaleur pour se produire

-> Réaction endothermique

Comment calculer une température de flamme ?

La température de flamme est la température maximale atteinte à la fin d’une transformation isobare adiabatique. Pour la calculer, il faut :

1. Vérifier que la réaction chimique considérée est bien équilibrée
2. Noter que $\Delta H =0$ car transformation isobare adiabatique
3. Décomposer la transformation en un chemin fictif composé de 2 étapes. La première étant la transformation chimique isotherme, donc :

$\Delta H_1= \xi \Delta _r H^o$

La deuxième étant l’échauffement du mélange réactionnel passant des températures $T_I$ à $T_F$, d’où :

$\Delta H_2 = \sum _i n_i c_{p,i}\left(T_F-T_I\right)$

4. Conclure en isolant $T_F$ dans la relation

$\Delta H = \Delta H_1 + \Delta H_2$