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Niveau première
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Tableau de données thermodynamiques

Posté par
josephineEG
16-11-18 à 18:18

Bonsoir

Je suis confrontée à un point de mon programme et je n'arrive pas à trouver ce qu'ils attendent. J'étudie le chapitre sur les équilibres chimiques. J'ai tout vu mais il y a un point dans les compétences qui est "extraire des informations dans une table de données thermodynamiques". Seulement les seules tables de données que je trouve traitent de notions que je ne maîtrise pas ( Il est question de S° , de deltaG°), à vrai dire je ne sais même pas à quoi cela correspond exactement et comment les interpréter dans le cadre des équilibres chimiques (J'ai bien sur cherché sur internet mais je ne trouve que des explications compliquées et qui ont l'air d'outrepasser mon niveau...).

Si quelqu'un pouvait du coup me donner leur signification et leur interprétation ce serait top.

Merci d'avance et bonne soirée

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 16-11-18 à 23:26

Bonsoir
Attention : la classe de première en Belgique ne correspond pas à la classe de première en France. Il aurait été préférable de poster au niveau enseignement supérieur mais cela n'est pas bien grave !
Impossible de résumer sur un forum un cours de thermodynamique chimique qui dure souvent plusieurs mois. Je vais juste rappeler les formules indispensables pour obtenir une constante d'équilibre chimique et t'indiquer un document plus complet mais dont le niveau te paraîtra peut-être un peu élevé...

Sauf indication contraire, les données sont fournies à 25°C (298,15K).
Soit la réaction d'équation :

\alpha A+\beta B=\gamma C+\gamma D

\alpha,\beta...désignent les coefficients stœchiométriques. On définit d'abord l'enthalpie standard de réaction de la façon suivante :

\Delta_{r}H^{0}=\gamma\Delta_{f}H_{(C\text{)}}^{0}+\delta\Delta_{f}H_{(D)}^{0}-\alpha\Delta_{f}H_{(A\text{)}}^{0}-\beta\Delta_{f}H_{(B)}^{0}

\Delta_{f}H_{(...\text{)}}^{0} désignent les enthalpies standard de formation des quatre espèces chimiques. Ces grandeurs sont fournies dans les tables à 25°C mais elles varient peu avec la température.

On définie ensuite l'entropie standard de réaction de la façon suivante :

\Delta_{r}S^{0}=\gamma S_{m(C)}^{0}+\delta S_{m(D)}^{0}-\alpha S_{m(A)}^{0}-\beta S_{m(B)}^{0}

S_{m(...)}^{0} désignent les entropies standard molaires. Ces grandeurs sont fournies dans les tables à 25°C mais elles varient peu avec la température.

On définit enfin l'enthalpie libre standard de réaction :

\Delta_{r}G_{(T)}^{0}=\Delta_{r}H^{0}-T.\Delta_{r}S^{0}

où T est la température absolue en kelvins.

La constante d'équilibre thermodynamique K est obtenue à partir de l'enthalpie libre standard de réaction par une de ces deux formules équivalentes :

\ln\left(K\right)=-\dfrac{\Delta_{r}G_{(T)}^{0}}{R.T}\quad ou\quad K=\exp\left(-\dfrac{\Delta_{r}G_{(T)}^{0}}{R.T}\right)

Lorsqu'un équilibre chimique est atteint, cette constante d'équilibre est égale au quotient de réaction :

Q_{r}=\dfrac{a_{(C)}^{\gamma}\cdot a_{(D)}^{\delta}}{a_{(A)}^{\alpha}\cdot a_{(B)}^{\beta}}

a_{(...)} désignent les activités des espèces chimiques dont les expressions dépendent de l'état chimique : gaz solide, liquide espèce en solution... Plus de détail sur le document déjà mentionné au paragraphe II.5 (tu peux laisser tomber les histoires de potentiels chimiques pour t'intéresser aux activités).

Posté par
josephineEG
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 14:57

En fait je vais essayer d'exposer un peu la situation : mon niveau de sciences en cours est dit sciences de base (il y a 2 niveau l'autre étant sciences fortes)
Le programme aborde donc  la chimie et la physique de façon assez qualitative et pour donner un exemple je ne dois voir que le premier principe de la thermodynamique en physique. En chimie le point sur la table thermodynamique sort un peu de nul part étant donné qu'il n'est indiqué nul part qu'il faille étudier la thermodynamique. Alors je me dis qu'ils attendent peut être juste que je connaisse l'influence de ces variations sur les équilibres ? (Je ne sais pas mais peut être que selon le signe ou la valeur cela indique une information sur l'équilibre qui pourrait me servir pour un exercice)

J'imagine que ce n'est pas très clair mais dans tous les cas je n'aurai pas le temps d'ici mes examens d'apprendre la thermodynamique et au vu du reste du programme cela me paraît étrange. Sans dire de me faire un cours , ce que je le comprends est trop compliqué ici, pourriez vous donc m'indiquer les éventuels effets que ces données ont sur les équilibres des reactions ?  (Delta G°, S° etc..)

Un grand merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 15:10

Je suis désolé mais cela me parait tout à fait incohérent... Parler du premier principe de la thermo permet de comprendre la notion d'enthalpie H. Impossible de parler d'entropie S ou d'enthalpie libre G sans avoir étudié le deuxième principe. Impossible donc de savoir comment calculer une constante d'équilibre à partir des tables thermodynamiques à moins, évidemment, d'utiliser les formules que je viens d'indiquer précédemment sans du tout les comprendre.
Tu as une idée du type de questions susceptibles d'être posées à ton examen ?

Posté par
josephineEG
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 15:20

Je comprends bien que cela paraisse incohérent mais en tout cas je n'ai pas de bagage en thermodynamique à part le premier principe que j'ai abordé en physique et ce point du programme sur la table de donnée. C'est pour cela qu'à mon sens ils ne veulent pas que je connaisse les formules, ni même que je calcule une constance d'équilibre à partir de ces données (la seule façon que j'ai vu de calculer cette constante c'est avec les concentrations molaires). Par contre j'ai aperçu sur internet que selon les valeurs de ces données cela influençait l'équilibre et pouvait par exemple indiquer dans quel sens la réaction sera favorisée , ou si elle sera incomplète ou complète. (Je n'ai cependant pas trouvé de cours simple qui regroupe ces informations d'où mon post ici)
A mon avis c'est plus dans ce sens là qu'ils veulent que j'interprète les valeurs.

Et non impossible pour moi de savoir sur quoi porte l'examen (C'est une situation assez compliquée)

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 15:26

Dans ces conditions, je pense que le niveau ne devrait pas dépasser celui de l'exercice posté précédemment le 15-11-18 à 17:25.
Je ne pense pas que l'on puisse t'interroger sur les influences de la température et de la pression sur l'état d'équilibre. Cela est expliqué sur le document que je t'ai fourni mais dépasse largement ton niveau.

Posté par
josephineEG
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 15:43

A vrai dire l'influence température et pression est demandée mais de nouveau moi je n'ai vu que l'aspect facile et sans toutes ces formules compliquées (c'est à dire que si on augmente la température la le sens de réaction favorisée sera celui de la réaction endothermique et inversement,  et pour la pression si on l'augmente  ce sera le sens de la réaction avec le moins de molécules gazeuses etc. )
En gros juste l'aspect qualitatif de nouveau. Et je ne vois pas comment aborder cette table de données à mon niveau..

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 16:01

Je pense que, dans un premier temps, tu peux retenir qu'à l'équilibre :
Qr=K,
les différentes expressions de Qr dépendant de l'état physique des constituants (gaz, liquides, ions en solution...). Cela est rappelé pages 6 et 7 du documents sur les expressions de l'affinité chimique. Tu vas retomber, dans le cas des solutions aqueuses à l'équilibre à quelque chose que tu connais :

K=Q_{r}=\dfrac{\left[C\right]^{\gamma}\cdot\left[D\right]^{\delta}}{\left[A\right]^{\alpha}\cdot\left[B\right]^{\beta}}
si les concentrations sont mesurées en mol/L.

Posté par
josephineEG
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 16:56

D'accord c'est déjà intéressant à savoir !
Est ce que vous auriez d'autres informations de ce style concernant la G et le S ?

Merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 17-11-18 à 19:15

Citation :
Est ce que vous auriez d'autres informations de ce style concernant la G et le S ?

Sans avoir de solides connaissances sur le deuxième principe de la thermo : ma réponse est non ! Il te reste à espérer que les tables thermodynamiques à exploiter fournissent directement les constantes d'équilibre, les pKa des couples acide/base, les potentiels standard des couples oxydant/réducteur... Bref : rien qui ne fasse appel au deuxième principe de la thermo ! Ce genre de tables existe !

Posté par
Simili
re : Tableau de données thermodynamiques 18-11-18 à 18:02

Malgré lecture de ton poste je ne vois toujrous pas la réponse attendu:
Comment détermine-t-on les grandeurs standard de réaction \Delta _{r}H° & \Delta _{r}S° & \Delta _{r}G° à une température T à partir des grandeurs tabulées à la même température T.
\Delta _{f}H°i & \Delta _{f}S°i & \Delta _{f}G° i
2) Quels sont les liens entre \Delta _{r}H° ,\Delta _{r}H et \DeltaH
puis  \Delta _{r}G° ,\Delta _{r}G et \DeltaG

Posté par
vanoise
re : Tableau de données thermodynamiques 19-11-18 à 13:55

Mon message du 16-11-18 à 23:26 explique comment obtenir les grandeurs standard de réaction à 25°C à partir des tables.
Pour obtenir ces grandeurs standard de réaction à une température autre de 25°C, il faut utiliser les lois de Kirchhoff . Elles sont rappelées paragraphe II.7 du document référencé avec l'exemple de la réaction de synthèse de l'eau.
J'explique, paragraphe II.2 qu'il est presque toujours possible de poser : \Delta_{r}H\approx\Delta_{r}H_{(T)}^{0} pour une même température. Cette approximation serait fausse pour les entropies et enthalpie libre de réaction (paragraphe II.3).
L'entropie de réaction est délicate à déterminer mais, heureusement, présente très peu d'intérêt.
L'enthalpie libre de réaction joue en revanche un rôle fondamental dans l'étude des évolutions des systèmes et leurs équilibres. Son opposé est l'affinité chimique. J'explique cela en détail paragraphes II.5 et II.6.



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