Enthalpie libre

[invite66c35f1b]

Quelqu'un peut m'aider à comprendre qu'est ce que l'enthalpie libre parce que j'ai du mal^^
Merci d'avance
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[moco]

Aïe, aïe ! Tu as l'air d'avoir de la peine. Mais accroche-toi. Je vais t’expliquer. Il y en a pour un bon moment.

Pour aborder l'enthalpie libre, il faut parler du critère de spontanéité. Les physiciens utilisent le même schéma graphique pour un phénomène plus courant : prédire la chute des corps. Quand un corps a une énergie gravifique supérieure à un autre, il est capable de passer à un niveau inférieur spontanément. Si on pousse un peu le crayon qui est sur une table, il tombe tout seul. Mais l'inverse est impossible. On a beau pousser, tirer, chauffer, etc. un crayon tombé par terre, il ne remontera jamais tout seul sur la table. LÔn en conclut que l'énergie potentielle gravifique est un bon critère de spontanéité en mécanique.

Tu suis ? Tu es en panne ? Dis le !

C'est là que Gibbs intervient. Il s'est dit : Est-ce qu'il existe une énergie (enthalpie ou autre) qui permette de prévoir la spontanéité d'une réaction chimique ? Il semble a priori que l'enthalpie soit cette énergie. En effet, H2 et O2 sont situés haut sur l'échelle verticale des enthalpies (= énergie particulière). Et quand on leur en donne l'occasion, ces molécules réagissent spontanément, et forment H2O en libérant de l'énergie sous forme de chaleur. De même, sans apport d'énergie externe, H2O ne se transforme pas spontanément en H2 et O2. C'est très bien, s'est dit Gibbs : il semble que l’enthalpie H puisse être utilisé comme critère de spontanéité en chimie. Une réaction chimique exporte de la chaleur, comme un corps en chute libre produit de l'énergie cinétique

Eh bien non. Car il existe des réactions endothermiques, qui sont spontanées, et qui refroidissent, donc absorbent de la chaleur pour revenir à T initiale. La réaction NaHCO3 + HCl --> NaCl + H2O + CO2 par exemple est spontanée, mais elle produit un refroidissement. Donc dans un diagramme où figure l'échelle des enthalpies verticalement, si tu mets 2H2 + O2 au-dessus de 2 H2O, tu dois aussi mettre NaHCO3 + HCl plus bas que NaCl + H2O + CO2.

Catastrophe. L’enthalpie H ne convient pas pour prédire une spontanéité ! C'est là que Gibbs s'est dit : Il doit exister quelque part une énergie telle que sa valeur initiale soit toujours grande dans les produits initiaux et plus basse dans les produits finaux. Mais quelle est cette énergie ? Et quel est le phénomène qui exporte toujours de l'énergie dans une réaction spontanée, même si elle est endothermique ?

Alors là, Gibbs a eu un coup de génie. L'énergie qu'il cherchait, ce n'est pas la chaleur, c'est l'électricité. Dans une pile, le phénomène chimique produit toujours de l'énergie qui s'exporte dans un moteur, une lampe ou une résistance externe. Que la pile produise de la chaleur ou en consomme, elle ne peut qu'exporter de l'énergie électrique. Une pile ne peut pas importer de l'énergie électrique, car ce ne serait plus une pile. Or l'énergie électrique produite par une pile se calcule par la formule : z*E*F, où z est le nombre d'électrons libérés dans l'équation chimique (z=2 pour la pile Daniell Zn-Cu), E est la tension mesurée (de l'ordre de 1 Volt),e et F est le Faraday (constante universelle = 96500 Coulomb).

Donc quand on a une pile, on mesure E avec un voltmètre, et on peut calculer zEF. C’est de là que Gibbs a inventé l'enthalpie libre G : c'est l'énergie qui est libérable dans une réaction chimique si on arrive à faire de cette réaction qu'elle débite du courant (ce qui n'est pas du tout évident). Et alors, c'est bon. Toute réaction chimique spontanée peut être amenée à produire du courant (et vice-versa). Donc dans toute réaction chimique spontanée, qu'elle chauffe ou refroidisse, les réactifs ont une enthalpie libre plus grande que les produits formés.

Il existe des tables qui donnent les enthalpies de formation H de toutes les molécules imaginables. Si tu veux calculer l'effet thermique d'une réaction, tu fais la somme de toutes les enthalpies de formation des produits formés, tu soustrais la somme des enthalpies de formation des réactifs, et tu trouves l'effet thermique global DeltaH. Pour la réaction H2 + O2, tu trouverais environ 400 kJ. Cette énergie peut servir à calculer la chaleur utilisable pour chauffer de l'eau.

Il existe des tables semblables qui donnent les enthalpies libres de formation des molécules. On peut faire les mêmes calculs, et obtenir DeltaG. Et ce Delta G servira à prévoir l'énergie électrique libérée par la pile.

Par exemple, Zn et Cu ont G et H de formation égal à zéro. L’enthalpie de formation de Zn2+ est de –152 kJ/mol, celle de Cu2+ est de +64 kJ/mol. L’enthalpie libre de formation de Zn2+ est de –147 kJ/mole, et celle de Cu2+ de +65 kJ/mol.
La réaction Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+ entraîne une perte d’enthalpie de –152 – (+64) kJ = - 216 kJ/mol C’est une perte d’enthalpie. Donc la réaction est exothermqiue et libère 216 kJ/mol qui peut servir à chauffer de l’eau.
La même réaction entraîne une perte d’enthalpie libre de -147-(+65) = - 212 kJ/mol. C’est une perte d’enthalpie libre, donc la réaction est spontanée, et ces 212 kJ peuvent servir à faire tourner un moteur ou chauffer de l’eau extérieure par une résistance externe. La dite pile a une tension de DeltaG/zF = 212000/2*96500 = 1.1 Volt

Cela te va-t-il ?

On peut continuer. Mais il y en a déjà assez pour aujourd’hui, non ?

[invite66c35f1b]

Oui ca me va , merci beaucoup de vous être donné tant de mal pour me répondre je vais rajouter des choses dans mon cour comme sa j'y verrai plus clair en l'apprenant!!
Encore merci pour tout et je crois que l'explication suffit amplement.
A la prochaine peut être sur le forum