Lien entre energie chimique et chaleur ???

[invitee58fc3c0]

Bonjour j'ai queqlues problèmes de compréhension en thermodynamique plus précisément sur les systèmes chimiques et le rapport entre l'energie chimique et l'energie de chaleur je vois pas comment elles s'échangent entre elles

J'ai la formule suivante dU=-PdV+TdS+ ui.dni=0 car on travaille dans un système isolé.

donc si je dis qu'une réaction est exothermique. Alors on a une perte de l'énergie chimique qui sera compenser par une augmentation de chaleur??
L'energie chimique c'est l'énergie de liaison entre atomes et plus ces atomes sont éloignés, plus la liaison est forte. Si je casse une liaison chimique il me faut de l'energie potentielle mais de l'energie de quoi ?

Mais c'est quoi le lien entre energie chimique et energie de chaleur. On fait que parler de chaleur de réaction au cours d'une transformation. Mais elle sort d'ou? L'energie de chaleur elle sert à casser des liaisons ou former des liaisons ??

moi j'ai pensé qu'il fallait fournir de l'energie de chaleur pour casser une liaison et cette energie perdue se transforme en energie chimique.
Donc on perd de l'energie de chaleur pour casser une liaison et cette energie perdue est transformée en energie chimique. Et inversement pour fabriquer de nouvelles liaisons on perd de l'energie chimique et on gagne de l'energie de chaleur . Moi je le vois comme ça. Mais y'a tellement peu de ressources à ce sujet que je suis perdu..

Merci de m'aider à comprendre ça..
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[moco]

Tu t'exprimes mal.
Il n'existe pas d'énergie de chaleur, et pas d'énergie chimique. Il existe une énergie interne U, qui est la somme de toutes les énergies de liaison et autres interactions qui se produisent entre atomes et molécules. On peut faire augmenter cette énergie interne soit en apportant de la chaleur soit en apportant du travail, donc de l'énergie mécanique. C'est égal. On peut encore l'augmenter en ajoutant de la matière, bien sûr.
Il faut de l'énergie (chaleur ou travail) pour briser une liaison. Et la formation d'une liaison est un phénomène qui dégage de l'énergie (et en général de la chaleur)
Dans une réaction exothermique, on brise des liaisons, mais on en forme davantage qu'on en a brisé. L'effet global est un dégagement d'énergie (donc de chaleur). La chaleur dégagée est égale à la variation d'énergie interne du système.

L'ennui, c'est que toutes les considérations précédentes s'appliquent au cas d'un volume constant. Or dans une réaction chimique générale, telle qu'on les fait en laboratoire, le volume change. C'est surtout le cas des réactions qui produisent un dégagement de gaz. Si elles sont exothermiques, une partie de l'énergie dégagée doit repousser l'atmosphère pour faire de la place au gaz dégagé. C'est un travail. Les réactions exothermiques dégagent de la chaleur à Volume constant, mais elles en dégagent donc un peu moins à pression constante.
La chaleur dégagée à pression constante correspond non à la variation d'énergie interne, mais à la variation d'une espèce d'énergie interne apparente, qui tienne compte de la correction due au changement de volume. On appelle enthalpie cette énergie interne apparente, qui est en général presque égale à l'énergie interne.

Il y a la même différence entre l'énergie interne et l'enthalpie qu'il y a entre le poids d'un objet dans le vide et le poids du même objet dans l'air. Dans l'air un objet est un peu plus léger que dans le vide, à cause de la poussée d'Archimède due à l'air.

Tu comprends ?

[invitee58fc3c0]

Donc quand on forme des liaisons, alors on produit de la chaleur qui va se dissiper ??
On pourrait s'imager ça comme un unité centrale de PC. Admettons que le système soit l'untité centrale d'un ordinateur. Celui ci dégage de la chaleur. Il a besoin d'energie (qui est lénergie electrique) pour fonctionner. Imaginons qu'il y est un transformation au sein de cette unitéar exemple au sein du générateur. Il aura fallu donner (fournir) de l'energie au système pour casser les liaisons atomiques . Ensuite de nouvelles liaisons seront fabriquées et le système dissipera de l'energie sous forme de chaleur.

Mais quand on dit "dégager de la chaleur" on entend "produire de la chaleur" ??

Et pouquoi delta H est négatif en réaction exothermique. ça équivaut à l'energie de chaleur dissipée ?

Ensuite, Je crois aussi que je mélange un peu l'enthalpie libre et l'enthalpie car On est daccord que l'energie chimique diminue au cours d'une réaction. Mais on peut faire le raprochement entre cette energie et l'energie potentielle mécanique d'après Gibbs. J'ai lu dans un de vos anciens post ou il y avait un rapport entre l'entropie. Je comprends le passage imagé avec les billes dans la cage d'escalier mais seulement dans le cas d'une réaction exothermique. Dans le cas d'une réaction endothermique je ne vois pas ce que changerai un volume plus grand. pourquoi le rendement serait il meilleur avc un creux à a place d'une table et d'un plateau à rebord ?? voilà l'ancien exemple que vous aviez posté

Pour expliquer ce qu’est l’entropie, on peut recourir à une image.

Imagine une sorte de chambre fermée (genre cage d'escalier) contenant un seul meuble : une table en bois sur laquelle se trouve une sorte de plateau à léger rebord. Tu imagines ensuite qu'il y a des billes dans le plateau. Tu imagines ensuite que ta chambre fermée est placée sur un système complexe de ressorts entraînés par une mécanique excentrique qui permette de faire vibrer et d'agiter la chambre de plus en plus fort, de manière désordonnée et un peu dans tous les sens.
Au début les billes sursautent un peu dans le plateau. L'agitation est une image de la température. On agite davantage. Les billes commencent s'entrechoquer et à sauter de plus en plus haut. Tout à coup quelques-unes acquièrent assez d'énergie pour passer par-dessus le bord du plateau. Elles tombent au fond de la cage. Il en passe un petit pourcentage par minute (cinétique de 1er ordre).,
Si on augmente encore l'agitation, les billes commencent à sauter à grande hauteur au dessus du plateau. Il en passe beaucoup plus par minute. La vitesse de réaction croît avec la température. La différence de niveau entre l'altitude du plateau et le fond de la chambre est proportionnelle à ΔH. La hauteur du rebord du plateau est l'énergie d'activation.
A la fin toutes les billes seront par terre. La réaction exothermique (haut --> bas) est terminée. ΔH (= différence de niveau) est négatif.

La réaction inverse est endothermique. Pour qu'elle se produise avec un minimum de rendement, il faudrait agiter la chambre de manière démentielle, pour que une bille par ci par là ait assez d'énergie et de chance pour être projetée depuis par terre jusqu'au plateau. Mais le rendement sera misérable.

Et pourtant il existe des réactions endothermiques qui se produisent avec un bon rendement. Ce sont celles qui sont accompagnées par un grand augmentation de volume, (une grande augmentation d'entropie). Ex. NaHCO3 + HCl --> NaCl + H2O + CO2. Comment les modéliser ?

Il faut imaginer que la cage d'escalier de tout à l'heure n'a pas de table et de plateau, mais un petit creux dans le sol, et que les billes se trouvent initialement au fond du creux. Quand on commence à agiter les billes, il arrive un moment où elles peuvent sortir du trou. Mais comme l'espace de la cage est bien plus grand que celui du trou, elles restent à l'étage supérieur. A la fin on atteint un état d'équilibre où la plupart des billes seront dans le fond de la cage et un petit peu seront dans le trou. La constante d'équilibre K est le rapport de ces deux nombres de billes.

Cette constante d'équilibre est reliée à ΔG par la loi ΔG = - nRT lnK. Plus les billes sont nombreuses hors du creux, plus K est grand, et plus ΔG est négatif. ΔH a beau être positif ici, ΔG est quand même négatif, donc la réaction est spontanée.

La différence ΔH - ΔG est d'autant plus grande que la température est élevée. On peut se représenter ΔS comme la différence entre le volume disponible aux billes à l'état initial (le petit creux) et l'espace disponible aux billes à l'état agité final (l'ensemble de la cage vibrante). On voit bien que ΔS est très grand

Et merci pour vos réponses

[moco]

Je vais reprendre ton texte en italique en le corrigeant pas à pas.
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Donc quand on forme des liaisons, alors on produit de la chaleur qui va se dissiper ??
On produit de la chaleur. Mais elle ne se dissipera que si les parois du récipient laissent passer la chaleur. Si les parois sont isolantes (vase Dewar par exemple), la chaleur produite servira à chauffer les produits de la réaction.
On pourrait s'imager ça comme un unité centrale de PC. Admettons que le système soit l'untité centrale d'un ordinateur. Celui ci dégage de la chaleur. Il a besoin d'energie (qui est lénergie electrique) pour fonctionner.
L'exemple n'est pas bon. Un appareil électrique ne fonctionne que parce qu'il est relié à une source de courant. Ce n'est pas le cas d'une réaction chimique, qui fonctionne sans apport d'énergie extérieure.
Imaginons qu'il y est un transformation au sein de cette unitéar exemple au sein du générateur. Il aura fallu donner (fournir) de l'energie au système pour casser les liaisons atomiques . Ensuite de nouvelles liaisons seront fabriquées et le système dissipera de l'energie sous forme de chaleur.
Dans un appareil électrique, on ne casse pas la moindre liaison atomique. Et on ne forme pas de nouvelles liaisons. Le seul exemple où un appareil électrique casse des liaison et en forme d'autres est le bac d'électrolyse, qui transforme par exemple l'oxyde d'aluminium en aluminium métallique et oxygène.

Mais quand on dit "dégager de la chaleur" on entend "produire de la chaleur" ?? Oui. Ces termes sont équivalents

Et pourquoi delta H est négatif en réaction exothermique. ça équivaut à l'energie de chaleur dissipée ?
C'est une analogie mécanique. Un corps qui tombe possède une énergie potentielle au début de la chute. En tombant il gagne de la vitesse, donc de l'énergie cinétique. Son énergie potentielle se transforme peu à peu en énergie cinétique. Quand il heurte le sol, il s'écrase, son énergie cinétique se transforme en chaleur. L'énergie potentielle qu'il possède à la fin est faible. C'est comme son altitude. En tombant il a perdu de l'altitude. Il a aussi perdu de l'énergie potentielle. En chimie cette énergie potentielle s'appelle énergie interne. Elle s'appelle enthalpie si on travaille à pression constante, et que le système change de volume pendant la réaction chimique.
Delta H = H final - H initial = peu - beaucoup < 0

Ensuite, Je crois aussi que je mélange un peu l'enthalpie libre et l'enthalpie car On est daccord que l'energie chimique diminue au cours d'une réaction.
Il faut tâcher de ne pas faire ces confusions H et G.
Mais je te corrige tout de suite : l'énergie chimique n'existe pas ! N'emploie plus ce terme. Parle d'énergie interne ou d'enthalpie ou d'enthalpie libre. Mais pas d'énergie chimique.
Ceci dit, l'enthalpie libre diminue toujours dans une réaction. Ce n'est pas toujours le cas de l'énergie interne ou de l'enthalpie.

Mais on peut faire le raprochement entre cette energie et l'energie potentielle mécanique d'après Gibbs. J'ai lu dans un de vos anciens post ou il y avait un rapport entre l'entropie. Je comprends le passage imagé avec les billes dans la cage d'escalier mais seulement dans le cas d'une réaction exothermique. Dans le cas d'une réaction endothermique je ne vois pas ce que changerai un volume plus grand. pourquoi le rendement serait il meilleur avc un creux à a place d'une table et d'un plateau à rebord ??
Quand les billes partent d'un creux, et qu'on agite beaucoup, le résultat sera qu'il y aura à peu près le même nombre de billes par mètre carré, qu'on soit dans un trou ou non. Donc plus le trou est petit, ou plus la cage est grande, plus il y aura de billes dans le fond de la cage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee58fc3c0]

Donc pour résumé il existe donc une energie interne qu'on note U . Elle est pas très pratique car au cours d'une réaction on est jamais à volume constant. donc par une astuce mathématiques on va définir une nouvelle energie qui est l'enthalpie c'est presque la même que l'energie interne sauf que ici on est à pression constante et c'est donc plus pratique car ça laisse le volume varié au cours de la réaction .

On sait que l'energie interne c'est la somme de toutes les liaisons chimiques des atomes et leur interaction. Pour casser une liaison on a besoin d'energie. Cette energie dont on a besoin peut être vue comme une secousse d'une taule ondulée. A l'intérieur de cette taule ondulée on a des billes qui sont dans un creux de la taule. En les secouant elles vont tomber dans un trou plus profond. L'energie fournie devra être suffisante pour passer au dessus de la barrière d'activation. Ensuite les billes vont tomber dans le "gros trou" et elles seront dans un etat d'équilibre car l'energie potentiel sera beaucoup plus faible dans ce gros trou. On aura eu une perte d'energie potentielle et une production de chaleur. Je me place dans une réaction exothermique. Mais par déduction cette perte d'energie potentielle est bel et bien compensée par une energie de chaleur?

En fait on peut aussi voir une liaison comme une sorte d'oscillateur harmonique? On tire sur le ressort pour casser la liaison et donc on a besoin d'énergie pour casser ça. Non?

Sauf que Gibbs a remarqué que l'enthalpie ne suffisait pas pour prédire le sens d'une réaction en partie à cause des réactions endothermiques. Il a donc trouvé une forme d'énergie qui diminue toujours au cours d'une réaction. Les réactifs cèdent leur énergie mais n'en reçoivent pas. Dès qu'on arrive à la constante d'équilibre la réaction s'arrête. Mais rassurez moi, l'entropie elle augmente durant cette réaction ? mais j'avoue que la notion entre entropie et enthalpie libre m'est encore assez floue. Mais si cette entropie augment ça veut dire que la température augmente alors que dans les réactions endothermiques, la température diminue donc c'est pas logique ... Si vous pouviez m'expliquez ça

[moco]

Ton premier paragraphe est correct.
Ton second paragraphe me paraît une espèce de charabia. Je me demande si tu as vraiment compris que l'énergie est une grandeur qui se conserve, mais qui change facilement de nature, et qui finit toujours par être de nature thermique donc de la chaleur. L'énergie n'est pas semblable à une secousse de tôle. Quand un corps brûie, le combustible et l'air possèdent beaucoup d'énergie sous forme potentielle, qu'on l'appelle U, H ou G. a la fin de la combustion, il se forme de l'eau H2O et du gaz carbonique qui n'ont pratiquement plus d'énergie potentielle. En brûlant, ils ont transformé cette énergie potentielle en chaleur. Si la combustion se fait dans une pile, une partie de cette énergie est transformée en électricité. Et dans ce cas, l'opération dégage moins de chaleur.

La chaleur est une forme d'énergie. De grâce ne parle pas d'énergie de chaleur ! Ce serait tout aussi absurde de parler de chaleur d'énergie.

3ème paragraphe. Une liaison est un oscillateur, mais il n'est pas harmonique. Quand on chauffe une substance, ses liaisons se mettent à vibrer de plus en plus fort, au risque de se casser si la température (= l'agitation) est trop élevée.

L'entropie est tout autre chose. Ce n'est pas une énergie. C'est une notion statistique, qui exprime le nombre de façons que l'on peut distribuer l'énergie disponible sur les divers oscillateurs non harmoniques que constituent l'ensemble de toutes les liaisons du système. L'entropie peut augmenter indépendamment de la température. Mais ceci est un autre problème.
Je vais m'arrêter là pour ce soir. Je fatigue.

[invitee58fc3c0]

Si si j'ai bien compris que l'energie se conserve . l'energie potentielle perdue au cours de la réaction se transforment en chaleur. L'energie ne se perd pas, elle se transforme. c'est ce que j'ai voulu dire dans mon 2eme paragraphe.

Non, pour en revenir à la secousse, je pensais que c'était l'énergie nécessaire pour casser les liaisons. autrement dit , l'energie qui permet de franchir la hauteur du rebord du plateau pour reprendre votre exemple. Cela se traduirait donc par une augmentation de l'energie potentielle afin de casser les liaisons.

[invitee58fc3c0]

Non, pour en revenir à la secousse, je pensais que c'était l'énergie nécessaire pour casser les liaisons. autrement dit , l'energie qui permet de franchir la hauteur du rebord du plateau pour reprendre votre exemple. Cela se traduirait donc par une augmentation de l'energie potentielle (donc un travail ou de la chaleur pedue) afin de casser les liaisons. Ensuite de nouvelles liaisons se reformeraient et on aurait une perte d'energie potentielle et donc une augmentation de chaleur.

Si j'avais H2+O2-->H2O comme c'est des corps simple on aurait directement une transformation d'energie potentielle en chaleur

Mais si je prends C2H6 -->C2h4+H2 Et bien là on va avoir besoin dans un premier temps d'energie potentielle pour casser les liaisons C-H et c'est là que je faisais allusions à la petite secousse. Donc par exemple un petit travail fourni pour casser les liaisons. Cela produirait une petite augmentation d'energie potentielle. donc tojours conservation de l'energie. Ensuite biensur , formation de nouvelle liaison C-H et donc transformtion d'energie potentielle en chaleur. =)

[moco]

Ah bon. Je comprends mieux ce que tu voulais dire.
Tout ce que tu dis dans ton dernier message est parfaitement exact, et je m'en réjouis.
Pour revenir à la réaction 2 H₂ + O₂ --> 2 H₂O, il faut en effet d'abord briser 3 liaisons (2 H-H et une O-O), et on en forme ensuite 4, qui sont toutes des liaisons O-H.

Dans la réaction C₂H₆ --> C₂H₄ + H₂, on brise 2 liaisons C-H, et on en forme qu'une : H-H. La réaction n'est pas exothermique. DeltaH est positif. Mais Delta G peut être négatif à température assez élevée, car on obtient deux molécules qu'on n'en avait qu'une au départ. Donc l'entropie S croît.

[invitee58fc3c0]

En tout cas merci pour vos explications elles m'ont beaucoup aidé à y voir pus clair. C'était parfait =)