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Pense à l'oxydation des métaux. Au cours d'une réaction d'oxydation, une substance gagne de l'oxygène. Mais savais-tu que l'oxydation est considérée comme un processus thermodynamique favorable dans l'air, à température ambiante ?
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Inscris-toi gratuitementLa loi _____ de la thermodynamique stipule que l'énergie de l'univers est constante.
______ est une mesure du désordre (caractère aléatoire) d'un système.
Si le changement d'enthalpie (ΔH) est inférieur à zéro, alors la réaction sera_____.
Si le changement d'enthalpie (ΔH) est supérieur à zéro, alors la réaction sera_____.
_______ Les réactions sont des réactions qui transfèrent de l'énergie de la substance qui réagit à l'environnement.
Dans les réactions_______, l'énergie est transférée de l'environnement à la substance qui réagit, et la température de la solution diminue.
Si un processus peut se produire sans aide extérieure une fois que l'énergie d'activation a été atteinte, on dit que ce processus est __________.
Vrai ou faux : Un processus thermodynamiquement favorisé l'est dans un sens et non thermodynamiquement dans l'autre.
En ce qui concerne l'énergie libre de Gibbs, on peut dire qu'une réaction sera thermodynamiquement favorisée si :
Quelles sont les réactions qui sont le plus souvent favorisées sur le plan thermodynamique ?
La variation d'enthalpie (ΔH) pour une réaction endothermique est toujours ______.
La loi _____ de la thermodynamique stipule que l'énergie de l'univers est constante.
______ est une mesure du désordre (caractère aléatoire) d'un système.
Si le changement d'enthalpie (ΔH) est inférieur à zéro, alors la réaction sera_____.
Si le changement d'enthalpie (ΔH) est supérieur à zéro, alors la réaction sera_____.
_______ Les réactions sont des réactions qui transfèrent de l'énergie de la substance qui réagit à l'environnement.
Dans les réactions_______, l'énergie est transférée de l'environnement à la substance qui réagit, et la température de la solution diminue.
Si un processus peut se produire sans aide extérieure une fois que l'énergie d'activation a été atteinte, on dit que ce processus est __________.
Vrai ou faux : Un processus thermodynamiquement favorisé l'est dans un sens et non thermodynamiquement dans l'autre.
En ce qui concerne l'énergie libre de Gibbs, on peut dire qu'une réaction sera thermodynamiquement favorisée si :
Quelles sont les réactions qui sont le plus souvent favorisées sur le plan thermodynamique ?
La variation d'enthalpie (ΔH) pour une réaction endothermique est toujours ______.
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Équipe enseignants Thermodynamiquement favorisé
Si tu es curieux de savoir ce que cela signifie, plongeons-nous dans l'énergie libre de Gibbs et la favorisation thermodynamique!
Avant d'explorer ce qui fait que les réactions sont thermodynamiquement favorables, passons en revue les lois de la thermodynamique, l'entropie (S ) et l' enthalpie (H).
Il existe trois lois de la thermodynamique. La première loi stipule que l'univers a une énergie constante. En d'autres termes, l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais seulement transférée entre le système et son environnement.
$$\Delta E_{univers}\cup =\Delta E_{système}+\Delta E_{environnement}=0$$$
La deuxième loi de la thermodynamique nous dit qu'avec le temps, l'entropie de l'univers augmentera. Or, la troisième loi de la thermodynamique stipule que l'entropie d'un cristal parfait à zéro K est de 0.
Pour continuer à apprendre sur ce sujet, consulte"Les lois de la thermodynamique" !
Voyons les définitions de l'entropie et de l'enthalpie. Entropie (S) est une mesure du désordre (caractère aléatoire) d'un système. Plus cette valeur est grande, plus le caractère aléatoire d'un système est important. La variation de l'entropie est donnée par l'équation suivante.
$$\Delta S^{o}=S^{o}_{products}-S^{o}_{reactants}$$
L'enthalpie (H ) est l'énergie thermique d'une réaction. Fondamentalement, si le changement d'enthalpie (ΔH) est inférieur à zéro, alors la réaction sera exothermique. Si ΔH dépasse zéro, la réaction est considérée comme endothermique.
Lesréactions exothermiques sont des réactions qui transfèrent de l'énergie de la substance qui réagit vers l'environnement. Lors d'une réaction exothermique, la température de la solution augmente.
Dansles réactions endothermiques, l'énergie est transférée de l'environnement à la substance qui réagit, et la température de la solution diminue.
La formule du changement d'enthalpie est indiquée ci-dessous.
$$\Delta H^{o}=\Sigma n\Delta H^{o}_{produits}-\Sigma n\Delta H^{o}_{réactifs}$$$.
Définissons maintenant la favorabilité thermodynamique.
Le fait d'être thermodynamiquement favorable signifie que la réaction peut se dérouler sans aucune aide extérieure au système. Par exemple, la dissolution de NaCl dans l'eau est un processus thermodynamiquement favorable
Si un processus peut se produire sans aide extérieure une fois que l'énergie d'activation a été atteinte, on dit que ce processus estthermodynamiquement favorable.
Un processus thermodynamiquement favorisé est thermodynamiquement favorisé dans un sens, et non thermodynamiquement favorisé dans l'autre sens. Mais qu'est-ce que cela signifie ? Prenons l'exemple de l'eau. L'eau peut passer de l'état liquide à l'état solide à -10 °C, mais elle ne peut pas passer de l'état solide à l'état liquide à cette température. Ainsi, l'eau [...]
Un processus non thermodynamiquement favorisé est considéré comme un processus qui a besoin d'une aide extérieure au système. Ces réactions peuvent être forcées à se produire si nous leur appliquons une source d'énergie externe.
La variation standard de l'énergie libre de Gibbs est utilisée par les chimistes comme mesure de la favorabilité thermodynamique. Les équations ci-dessous peuvent être utilisées pour calculer ΔG°.
$$\Delta G^{o}_{réaction}=\Sigma [G^{o}_{f}(produits)]-\Sigma [G^{o}_{f}(réactifs)]$$$
$$\Delta G^{o}_{réaction}=\Delta H^{o}-T\Delta S^{o}$$$
Où :
Lorsqu'on traite de l'énergie libre de Gibbs, on peut dire qu'une réaction sera thermodynamiquement favorisée si ΔG° < 0 et qu'il n'y a pas besoin d'une source d'énergie externe.
Certains manuels pourraient utiliser les termes spontané et non spontané pour décrire les réactions thermodynamiquement favorables et thermodynamiquement défavorables. Mais attends-toi à voir favorable et défavorable dans ton examen d'AP ! Pour obtenir une explication plus approfondie de l'énergie librede Gibbs, consulte"L'énergie libre de Gibbs".
Réfléchis aux réactions exothermiques et endothermiques, et choisis celle qui, selon toi, est le plus souvent thermodynamiquement favorisée. Si tu as deviné les réactions exothermiques, tu as raison !
Les réactions exothermiques sont généralement favorisées sur le plan thermodynamique parce qu'elles libèrent de l'énergie dans l'environnement. Cependant, certaines réactions endothermiques peuvent également être thermodynamiquement favorisées. Par exemple, l'évaporation est un processus endothermique qui est thermodynamiquement favorisé.
$$H_{2}O_{(l)}\N-rightarrow H_{2}O_{(g)}\N- \N- \NDelta H^{o}=+40.7kJ$$.
$$C_{3}H_{8\N-(l)}{rightarrow C_{3}H_{8\N-(g)}\N- \N- \N- \N- \N- \NDelta H^{o}=+16.7kJ$$
L'augmentation de l'entropie (S) est également favorable sur le plan thermodynamique. La règle générale est que si l'entropie de l'univers (système thermodynamique plus son environnement) est positive, alors la réaction est thermodynamiquement favorisée. Si ΔSuniverse est négatif, alors la réaction n'est pas thermodynamiquement favorisée.
$$\Delta S_{univers}=\Delta S_{système}+\Delta S_{environnement}$$$
Quand l'entropie augmente-t-elle ? L'entropie augmente lorsque :
Savais-tu que nous pouvons combiner des réactions thermodynamiquement défavorables avec des réactions thermodynamiquement favorables pour créer un processus global thermodynamiquement favorable ? C'est ce qu'on appelle le couplage, et tu peux en apprendre davantage à ce sujet dans la section"Réactions couplées" !
Pour simplifier les choses, établissons un tableau montrant la favorisation thermodynamique, en tenant compte des changements d'entropie et des changements d'enthalpie.
| Changement d'entropie | Changement d'enthalpie | Énergie libre de Gibbs | Favorisé par la thermodynamique ? |
| Négative | Négative | Dépend de la température | Seulement à basse température |
| Positif | Négatif | Négatif | Oui |
| Négatif | Positif | Positif | Non |
| Positif | Positif | En fonction de la température | Seulement à haute température |
Examinons la différence entre les réactions qui sont thermodynamiquement favorables et celles qui sont cinétiquement favorables.
Une réaction qui est thermodynamiquement favorable se produit généralement à des vitesses lentes et à des températures élevées dans une réaction réversible, et forme des produits stables connus sous le nom de produits thermodynamiques.
Les réactionscinétiquement favorables sont le contraire ; elles sont rapides, peuvent être effectuées à basse température et entraînent la formation de produits instables. Les produits des réactions cinétiquement favorables sont appelés produits cinétiques.
Prenons comme exemple l'addition de bromure d'hydrogène (HBr) au 1,3 butadiène. Cette réaction est couramment observée dans les cours de chimie organique, et c'est un exemple d'hydrohalogénation conjuguée, ou hydrohalogénation des diènes.
Pour couronner le tout, voyons un exemple impliquant une réaction thermodynamiquement favorisée. Ce premier exemple nous demande de déterminer si la réaction suivante est thermodynamiquement favorisée.
Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs importantes pour la réaction entreH2Set O2 à 298K. Utilise ce tableau pour prédire si la réaction est thermodynamiquement favorisée.
$$H_{2}S_{(g)}+2O_{2\ (g)}\rightleftharpoons H_{2}SO_{4\ (g)}$$$
| H2S | O2 | H2SO4 | |
| -20 | 0 | -814 | |
| 206 | 205 | 157 | |
| -33 | 0 | -690 |
Tout d'abord, nous devons nous assurer que tout a les mêmes unités. Remarque que l'entropie est en J, tandis que les autres sont en kJ. Ainsi, les valeurs converties pour ΔS° (kJ/K-mol) sont 0,206, 0,0205 et 0,157.
Il nous faut maintenant calculer pour la réaction à l'aide des formules suivantes :
$$\Delta S_{univers}=\Delta S_{système}+\Delta S_{environnement}$$.
$$\Delta S^{o}=[1(0.157)]-[1(0.206)+2(0.205)]=-0.459kJ/K\cdot mol$$
$$\Delta H^{o}=\Sigma n\Delta H^{o}_{produits}-\Sigma n\Delta H^{o}_{réactifs}$$$.
$$\Delta H^{o}=[1(-814)]-[1(-20)]=-749kJ/mol$$
$$\Delta G^{o}=\Sigma [G^{o}_{f}(produits)]-\Sigma [G^{o}_{f}(réactifs)]$$ $$\Delta G^{o}=\Sigma [G^{o}_{f}(réactifs)]$$
$$\Delta G^{o}=[1(-690)]-[1(-33)]=-657kJ/mol$$
Une réaction qui a une entropie négative, une enthalpie négative et une valeur d'énergie libre de Gibbs négative, est dite thermodynamiquement favorable.
Maintenant, j'espère que tu te sens plus familier avec le concept de favorabilité thermodynamique !
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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