Calcul de l'enthalpie standard de réaction à 298 K [Premier principe de la thermodynamique]

Calcul de l'enthalpie standard de réaction à 298 K

Soit une transformation \(\textrm{AB} + \textrm{CD}\to \textrm{AC} + \textrm{BD}\).

Recherchons la valeur de l'enthalpie de réaction standard^[1] associée à cette transformation :

Si les corps simples^[2] sous leur forme moléculaire la plus simple ont pour formule chimique \(\textrm A_2\), \(\textrm B_2\), \(\textrm C_2\) et \(\textrm D_2\), l'application de la loi de Hess^[3] au cycle ci-dessous :

conduit à la relation générale :

\(\Delta_\textrm r H^{\circ}_{298} = \sum \Delta_\textrm f H^{\circ}_{298,\textrm{ produits finaux}} - \sum \Delta_\textrm f H^{\circ}_{298,\textrm{ réactifs initiaux}}\)

Il suffit donc de disposer des tables d'enthalpie de formation à 298 K pour calculer la variation d' enthalpie^[4] associée à n'importe qu'elle réaction chimique à cette même température.

Notez que l'utilisation de la notation \(\displaystyle{\sum_i} n_i \textrm X_i = 0\) ^[5]pour écrire la réaction chimique permet de simplifier la relation ci dessus puisque cette dernière s'écrit alors :

\(\Delta_\textrm r H^{\circ}_{298} = \displaystyle{\sum_i} n_i.\Delta_\textrm f H^{\circ}_{298,\textrm{ i}}\)

Notes

État standard (ou état de référence)
Un composé est dans son état standard lorsque son activité vaut 1. La définition de l'état standard peut varier suivant l'état physique de l'espèce (voir le tableau des états standard )
Les tables de données thermodynamiques donnent des grandeurs d'état ou des grandeurs de réactions lorsque les espèces chimiques mises en jeu se trouvent dans leur état standard.
Par convention, la grandeur thermodynamique standard est notée avec l'exposant ° (par exemple \(\mathrm{\Delta_fH°_{298}}\) )
Corps simple, corps composé
Lorsqu'une molécule est formée par association d'atomes d'un même élément chimique, le composé chimique obtenu est appelé corps simple.
Exemple de formules chimiques de corps simples : \(\mathrm{O_2,~~ O_3,~~ Al,~~ Na~~.....}\)
Lorsqu'une molécule est formée par association d'atomes correspondant à des éléments chimiques différents, le composé chimique est appelé corps composé.
Exemple de formules chimiques de corps composés : \(\mathrm{H_2O,~~ C_3H_8,~~ Fe_3O_4~~....}\)
Loi de Hess
Décrire l'évolution d'un système au moyen d'un fonction d'état permet d'utiliser divers chemins pour passer d'un état initial à un état final. La variation de cette fonction d'état est alors indépendante du chemin suivi. Ainsi, la chaleur dégagée ou reçue lors d'une réaction ne dépend que de l'état initial et de l'état final si la transformation s'effectue soit à volume constant, soit à pression constante. Elle ne dépend pas du chemin parcouru pour aller de l'état initial à l'état final.
La loi de Hess découle donc directement de l'application du premier principe de la thermodynamique. C'est en fait l'application de ce premier principe à une transformation cyclique
on l'écrira :
\(\mathrm{\Delta U_{cycle}}\) à V constant = 0 ou \(\mathrm{DH_{cycle}}\) à p constante = 0
Enthalpie H
La fonction d'état H est définie à partir de l'énergie interne U, de la pression p et du volume V :
\(\mathrm{H=U+p.V}\)
La variation d'enthalpie\( \Delta \textrm H\) est la chaleur de réaction Qp pour une transformation effectuée à pression constante.
notation
notation \(\mathrm{\sum_iv_iX_i=0}\)
Une réaction chimique \(\mathrm{\alpha A+\beta B\iff\gamma C+ \delta D}\) peut s'écrire avec la notation \(\mathrm{\sum_iv_iX_i=0}\)
dans laquelle\( \mathrm{v_i}\) représentent les coefficients stoechiomètriques (positifs pour les produits, négatifs pour les réactifs)
et \(\mathrm{X_i}\) les espèces impliquées dans la réaction.
Par exemple, la réaction \(\mathrm{\alpha A+\beta B\iff\gamma C+ \delta D}\) se lit alors : \(\mathrm{\delta D}+\gamma C-\alpha A-\beta B=0\)