ENTHALPIES (CAS PARTICULIERS)

-enthalpies (cas particuliers)

L'enthalpie est l'énergie nécessaire pour assumer un changement d’état dans un système (exprimée en Joules)

ENTHALPIE d'un SYSTEME

ΔH = m.c'p.ΔT     

avec ΔH(J)= variation d’enthalpie

Cp(J/kg-K)= capacité thermique du matériau (à pression constante)

ΔT(K)= variation de température

m(kg)= masse de matière

c'p(J/kg-K)= capacité thermique massique (à pression constante)

Selon le type de changement d'état, on a donc des affectations de l'enthalpie >> de Fusion, Sublimation, Vaporisation, Réaction chimique endothermique ou exothermique, Condensation, Liquéfaction, SolidificationDiverses notions s'appuyant sur l'enthalpie sont utilisées en thermodynamique:

ENTHALPIE LIBRE  (G) dite de enthalpie de Gibbs en terminologie anglo-saxonne

C'est l'enthalpie qui reste quand, de l'enthalpie globale, on a déduit la part d'énergie due à la modification d'entropie

G = H - S.T

où G(J)= enthalpie libre

H(J)= enthalpie globale

le produit (S.T)(J)= énergie perdue à modifier l'entropie pendant le changement de PHASE

S(J/K)= entropie et T(K)= température, supposée identique dans le système et au-dehors

Cette équation, écrite sous la forme S.T = (H - G) montre que si  S croît (parce que le système n’est plus en équilibre) , G diminue.

Et quand G (l'enthalpie libre) est au minimum, la transformation de changement de PHASE s'arrête et on va à l'équilibre

Donc parallèlement, l’équilibre est un compromis entre une entropie, qui a tendance à augmenter et une énergie (libre) qui a tendance à s'annuler

Dans une réaction chimique, la diminution d’enthalpie libre favorise l’affinité chimique (tendance à combinaison)

 

ENTHALPIE de RÉACTION

Dans une réaction chimique, c'est l'énergie dépensée pendant le changement d’état interne et rejetée ou absorbée

La loi de Hess précise que la différence d’enthalpie entre entrée et sortie de réaction ne dépend pas du cheminement de celle-ci

La loi de Kirchhoff  indique sa dépendance >>

dH = T. dC

où  dH(J)= variation d’enthalpie (à température ambiante)

dC(J/K)= variation de capacité thermique dans une réaction, entre fin et début

T(K)= température

Les valeurs des enthalpies de réactions sont les suivantes (le signe moins signifiant que l'énergie est du côté des réactifs, c'est à dire endothermique) :

elles sont données à conditions «standard ambiant» (T= 298°K et p= 105 Pa)

Pour corps pur simple(0)--pour N2 + 3H2 = 2NH3(-92)--pour hydrogénation(-200)--pour oxydation fer(-823)

 

ENTHALPIE de DILATATION

Dans un phénomène de dilatation, c'est une enthalpie linéique >> enthalpie / longueur dilatée

 

ENTHALPIE de COMPRESSION

Dans une transformation géométrique, c'est une enthalpie volumique >> enthalpie / volume

 

ENTHALPIE MOLAIRE

Dans un échange d’énergie, c'est une énergie molaire

Il s'agit ici de l'énergie chimique molaire exprimée par une certaine quantité de matière d’un constituant, en cause dans une réaction

Equation aux dimensions : L2.M.T-2.N-1    Symbole : Hm     Unité S.I.+ : le (J/mol)

Enthalpie molaire d'ionisation de quelques corps(exprimées en kilojoule par mole)

Li(526)--Al(584)--Si et B(800)--S(1005)--C(1100)--Cl(1260)--H(1318)--He(2380)--

 

ENTHALPIE MASSIQUE

C’est l’énergie massique concernant la consommation énergétique de masses, liée au changement d’état d'un système

Equation aux dimensions structurelles : L2.T-2      Symbole : q'H

Unité S.I.+ : le Joule par kilogramme (J/kg)

q’H= T.(v’1v’2).Δp / ΔT

où q’H(J/kg)= enthalpie massique, nécessaire pour qu'un corps change de PHASE

v’1 et v’2(m3/kg)= volumes massiques des 2 états du corps avant et après transformation

Δp(Pa)= différence de pression entre les 2 états (PHASES)

ΔT(K)= différence de température

 

L'équation ci-dessus concerne l'enthalpie massique (qu'elle soit émise ou absorbée) mais elle était anciennement dite chaleur latente(chaleur latente massique si l'on était puriste)

-soit on a une enthalpie massique absorbée, c'est à dire l'énergie massique nécessaire pour faire passer -sous TPN- l’unité de masse d’un corps pur, d’un état physique à un autre, quand le phénomène est absorbeur d’énergie et c'est le cas des enthalpies massiques :

-de fusion (v'1 est le solide et v'2 est le liquide)

-ainsi que de sublimation (v'1 est le solide et v'2 est la vapeur)

-ainsi que de vaporisation (v'1 est le liquide et v'2 est la vapeur)

-soit on a une enthalpie massique émise, c'est à dire l'énergie massique nécessaire pour faire passer -sous TPN- l’unité de masse d’un corps pur, d’un état physique à un autre, quand le phénomène est émetteur d’énergie et c'est le cas des enthalpies massiques :

-de solidification (v’1 est le liquide et v’2 est le solide)

-ainsi que de liquéfaction ou condensation (v’1 = la vapeur et v’2 = le liquide)

-ainsi que de déposition  (v'1 est la vapeur et v'2 est le solide)

 

Exemples de valeurs d'enthalpies massiques de fusion q'Hf

(valeurs arrondies, en J/kg, à T.P.N)

Eau >>> il y a variation, bien sûr, avec la température et ses valeurs arrondies sont (en kJ/kg)

à 10°C(4.10)--à 25°C(102)--à 50°(2.102)--à 100°C(4.102)--à 200°C(8.102)--

à 300°C(1,3.103)--

Gaz >>> Air et ses composants(1,5 à 3.104)--Gaz composés(6 à 20.104)--

Liquides >>> Usuels(1 à 2.105)-- ClNa(5.105)--Mercure(104)

Solides >>> P et Pb(2.104)--In,S,U(3,5.104)--Au,Br,Cd,K,Na,Sn(6.104)-- Ag,Na,Pt,Zn(105)--Glace(3,33.105)--Sb,Si(1,6.105)--Ca,Cu,Zr(2,1.105)--Co,Cr,Fe,Mn,Mo,Os(2,8.105)-- NH² = NH3 et Ti(3,1.105)--Al,Mg(4.105)--Li(6.105)--Bore(2.106)

 

Ex. de valeurs d'enthalpies massiques de vaporisation q'Hv

(arrondies, en J/kg, à T.P.N)

Gaz >>> Air et ses composants, gaz halogènes(1 à 10.105)--Cl(3.105)--SO²(4.105)

Pour les gaz, les valeurs diminuent avec la température (à savoir de 1% par tranche de 10° jusqu'à 60°C, puis 2% par tranche de 10° de 60 à 120 °C, puis de 3% par tranche de 10° au-dessus de 120°C)

Liquides >>> Acides, Alcools(5 à 6.105) –ClK(2,3.106)--Hg(4.105)--

Eau >>> à 0,1 bar(2,39.103)--à 1 bar(2,26.103)--à 10 bars(2,01.103)--

Cette enthalpie massique de vaporisation de l'eau est donnée par la Formule de Regnault , formule empirique donnant q'Hv en fonction de la température >>

q'Hv= 3335 - 2,91 (T-273)

q'Hv(en kJ/kg) est l'enthalpie massique de vaporisation

et T la température en degrés centigrades, mais dans les limites de T comprise entre 100° et 200° C -

Solides >>> S(4.105)--Si(1,4.107)--B(5.107)--Na(4.105)--Bi(7.105)--

Au,Cd,In,K,Sb,U,Zn(1 à 2.106) – Ag,Ca,La,Pt,Sn,Th(2 à 3.106)--

Cu,Ir,Mg,Mn,Mo,Ta,W(4 à 6.106)-- Co,Cr,Fe,Ni(6,4.106)--Pb,Ti(8,8.106)--Al(107)

 

Ex. de valeurs d'enthalpies massiques de sublimation q'Hf

(arrondies, en J/kg, à T.P.N)

glace : 2,834

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