FORMULES de PHYSIQUE
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ÉQUILIBRE en THERMODYNAMIQUE
-équilibre en thermodynamique
Equilibre signifie stabilité d'un système et égalité des conditions ambiantes
TYPES d'EQUILIBRES
-équilibre thermodynamique général (ou global ou total)
C'est un équilibre concernant toutes les PHASES du système. Il y a (à la fois) équilibre thermique, mécanique, chimique et osmotique (dilution).
Pour l'atteindre, il y a d'une part, additivité des variables extensives (masse, énergie, volume....) et d'autre part, égalité des variables intensives (pression, vitesse, potentiel....)
-équilibre thermodynamique local c'est un équilibre affectant seulement 1 PHASE parcellaire du système
-équilibre thermique il concerne, lui, la température de 2 systèmes partiels fermés, inclus dans un système global (lui-même étant isolé et non seulement fermé)
Les températures seront égales dans ces 2 systèmes partiels
-équilibre thermo-mécanique il concerne restrictivement le cas de 2 systèmes où l‘aspect mécanique représenté par les pressions (ou forces) sur parois sont égales
-équilibre chimique
il concerne l’isopotentialité chimique entre 2 systèmes (donc les énergies chimiques -ou les échanges de particules- sont temporellement stabilisés)
A ce moment , le terme Potentiel chimique signifie "Énergie potentielle chimique nécessaire pour maintenir l’équilibre réactionnel"
Equilibre des PHASES
Quand, dans un système, il y a eu transformation de PHASE, l’énergie chimique Ei1 au moment de l’équilibre est
Ei1= Ei0 + R.T.Log(yn.p1/p2)
où Eio(J)= énergie chimique au départ
R(J/K)= constante des gaz (elle vaut 8,314 Joule/K)
(p1/p2) = activité (rapport entre la pression partielle dans le mélange,et la pression atmosphérique de référence)
yn= fraction (pourcentage) de matière impliquée dans la transformation
Equilibre de réaction chimique
Un système chimique est en équilibre quand :
-son entropie S est maximale (c’est à dire s’il est isochore et en outre isolé)
-ses énergies thermodynamiques sont minimales:
---il est isotherme et isobare >>> quand G (l'enthalpie libre) est minimale
---il est isobare et adiabatique>>> quand H (l'enthalpie globale) est minimale
---il est isotherme et isochore>>> quand F (l'énergie libre de Helmhholtz) est minimale
---il est isochore et adiabatique>>> quand U (l'énergie interne) est minimale
CONSTANTE D’ÉQUILIBRE
Synonyme de constante d’action de masse (en stoechiométrie),cette constante est en général donnée pour une température de 25 ° C
C'est l’expression(non dimensionnelle) Km = exp(-ΔG / k.T)
(G= enthalpie libre, k= constante de Boltzmann = 1,3806503. 10-23 J / K
et T= température absolue)
Réciproquement ΔG = -k.T log Km
Rappel : k = R*m (constante molaire= 8,314 J/mol-K) x NA (constante d’Avogadro = 6,02214 mol-1)
LOI de LE CHATELIER
Si un système en équilibre subit une variation de l’un des facteurs d’équilibre, les autres grandeurs tendent à s'opposer à la modification
Exemples:
1)) si la pression augmente, il y a condensation (d’où diminution de volume, ce qui diminue la quantité de matière)
2)) si un apport de chaleur fait croître la température, il y aura réaction endothermique
3)) si le volume augmente (pour une solution), il y aura accroissement des concentrations des dilués
FORMES D’ÉQUILIBRES
-L'équilibre "isolé et isochore" a un maxi d’entropie S
-L’équilibre "isotherme et isochore" a un mini d’énergie libre F
-L’équilibre "adiabatique et isobare" a un mini d’enthalpie H
-L’équilibre "isotherme et isobare" a un mini d’enthalpie libre G
-L’équilibre "adiabatique et isochore" a un mini d’énergie interne U
L'état stationnaire,où les variables sont alors stabilisées,mais avec échange énergétique persistant n'est plus un équilibre
LE FAUX EQUILIBRE
est un retard au changement de PHASE (il est dit aussi état métastable)
LE DÉSÉQUILIBRE est une perte d’équilibre, qui se manifeste:
-soit par transition de PHASE agrégative (changement d’état parmi les cas d’agrégation que sont liquide, solide, gaz, plasma)
-soit par transition de PHASE qualitative (changement des potentialités de la matière -par exemple magnétisme, précipitation-)
-soit par modification énergétique (changement de type d’énergie dans un système ouvert)