CHIMIE

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COURS
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Applications du premier principe à la chimie
Doc. 14 Selon les conditions de
transfert thermique, un même système
peut évoluer différemment :
a) transfert thermique instantané:
la transformation est isotherme ;
b) transfert thermique lent : la transformation
est monotherme ;
c) transfert thermique infiniment
lent : la transformation est adiabatique.
En appliquant le Premier Principe au système entre ces états, puis en procédant
comme au paragraphe 5.1.1., on établit alors :
Au cours d’une réaction se déroulant de manière isochore et monotherme
entre deux états d’équilibre thermique, le transfert thermique Q v1Æ2
entre le système et le milieu extérieur est une fonction affine de l’avancement
de la réaction.
5.2 Température maximale d’un système
en réaction chimique
5.2.1. Problème
Q v1Æ2 = DU 1Æ2 ª x 2
x 1
D rU 0 .dx= D rU 0 .(x 2 -x 1) (15.24)
Dans les situations que nous avons analysées, le système évoluait de manière monotherme
et nous avons effectué le bilan entre deux états où la température était la
même. Nous ne nous sommes pas préoccupés du rôle du paramètre temps dans cette
évolution. Or, en pratique, les effets d’un système en réaction chimique exothermique
sur son environnement (l’extérieur du système) dépendent fortement de la
compétition entre la transformation d’énergie interne chimique en énergie interne
thermique et le transfert thermique vers le milieu extérieur.
Si nous voulons essayer de suivre l’évolution réelle du système, il nous faut modéliser
les échanges thermiques avec le milieu extérieur.
• Si ces échanges sont instantanés, la température du système reste constante (courbe
(a), doc. 14) : l’évolution du système est isotherme et l’état final est le même que
celui d’une transformation monotherme.
• Si ces échanges sont nuls, parce que la paroi est adiabatique, la température du
système s’élève (car la réaction est exothermique) et tend vers une valeur appelée
température de réaction adiabatique (courbe (c), doc. 14).
•La plupart des situations réelles sont intermédiaires entre ces deux situations : la
réaction chimique est achevée avant que l’équilibre thermique avec le milieu extérieur
ne soit atteint (courbe (b), doc. 14) ; la température maximale qu’atteint le
système au cours de son évolution est alors inférieure à la température de réaction
adiabatique, tandis que la quantité de chaleur que cède le système au milieu
extérieur est, en valeur absolue, inférieure à celle qu’il cèderait au cours d’une
évolution isotherme.
La température de réaction adiabatique, qui est la température maximale que peut
atteindre le système en réaction chimique, est donc un paramètre intéressant à
calculer. C’est ce que nous allons faire dans le paragraphe qui suit.
T 2 max
T température
du système
T température de
« réaction adiabatique »
(a)
(c)
(b)
temps t