Thermochimie et Calorimétrie
La thermochimie quantifie la chaleur absorbée ou libérée par les réactions chimiques, et la calorimétrie est l'art expérimental de mesurer cette chaleur pour obtenir les enthalpies de réaction et les capacités thermiques.
Definition
La thermochimie est l'étude de la chaleur dégagée ou absorbée lors des réactions chimiques et des changements de phase, et la calorimétrie est l'ensemble des méthodes expérimentales qui mesurent ces chaleurs et les capacités thermiques des substances.
Scope
Ce sujet couvre les changements de chaleur accompagnant les réactions chimiques : les enthalpies standard de formation, de combustion et de réaction ; la loi de Hess sur la sommation constante de la chaleur ; la dépendance de l'enthalpie de réaction à la température via la loi de Kirchhoff ; et les enthalpies de liaison. Il aborde les techniques calorimétriques utilisées pour mesurer ces quantités, y compris la calorimétrie à bombe et à pression constante, ainsi que la calorimétrie différentielle à balayage, et la mesure de la capacité thermique. La prédiction des capacités thermiques par la mécanique statistique est traitée dans le cadre de la thermodynamique statistique.
Core questions
- Comment la loi de Hess permet-elle de combiner les enthalpies de réaction à partir des enthalpies de formation tabulées ?
- Comment la loi de Kirchhoff décrit-elle la dépendance de l'enthalpie de réaction à la température ?
- Comment les calorimètres à bombe et à pression constante mesurent-ils les changements d'énergie interne et d'enthalpie ?
- Comment les enthalpies de liaison sont-elles utilisées pour estimer les enthalpies de réaction ?
Key concepts
- Enthalpies standard de formation et de réaction
- Loi de Hess sur la sommation constante de la chaleur
- Loi de Kirchhoff et capacité thermique
- Calorimétrie à bombe et à pression constante
- Enthalpies de liaison
Key theories
- Loi de Hess
- Puisque l'enthalpie est une fonction d'état, le changement d'enthalpie d'une réaction est le même quelle que soit la voie empruntée ; ainsi, les enthalpies de réaction peuvent être additionnées et soustraites à partir des enthalpies standard de formation tabulées.
- Loi de Kirchhoff sur la dépendance à la température
- La variation de l'enthalpie de réaction avec la température est régie par la différence des capacités thermiques entre les produits et les réactifs, ce qui permet de corriger les enthalpies mesurées à une température pour une autre.
Clinical relevance
La thermochimie et la calorimétrie fournissent les valeurs calorifiques et les chaleurs de réaction nécessaires à l'ingénierie énergétique et de la combustion, les données thermiques pour la sécurité des procédés et des réacteurs, l'énergétique de la stabilité et du repliement mesurée par calorimétrie différentielle à balayage et calorimétrie de titration isotherme en biochimie, ainsi que le contenu énergétique nutritionnel des aliments.
History
La calorimétrie a débuté avec le calorimètre à glace de Lavoisier et Laplace dans les années 1780 ; Hess a établi l'additivité des chaleurs de réaction en 1840, et la calorimétrie à bombe de Berthelot au XIXe siècle a fait de la mesure systématique des enthalpies de combustion et de formation un fondement de la chimie physique.
Key figures
- Germain Henri Hess
- Antoine Lavoisier
- Marcellin Berthelot
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Seminal works
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- mcquarrie1997
Frequently asked questions
- Quelle est la différence entre un calorimètre à bombe et un calorimètre à pression constante ?
- Un calorimètre à bombe maintient la réaction à volume constant et mesure le changement d'énergie interne, tandis qu'un calorimètre à pression constante, ouvert à l'atmosphère, mesure directement le changement d'enthalpie ; les deux sont liés par le travail effectué contre la pression lorsque les gaz se dilatent ou se contractent.
- Pourquoi les enthalpies de formation sont-elles définies par rapport aux éléments ?
- Les enthalpies absolues ne peuvent pas être mesurées, une référence est donc nécessaire ; attribuer une enthalpie de formation nulle aux éléments dans leurs états standard fournit une base cohérente à partir de laquelle l'enthalpie de formation de tout composé, et par conséquent toute enthalpie de réaction, peut être calculée.