QUELLE EST L'ENTHALPIE DE LA FORMATION? (AVEC EXERCICES) - PHYSIQUE - 2025

L' enthalpie de formation est le changement d'enthalpie subi lors de la formation d'une mole d'un composé ou d'une substance dans des conditions standard. Par condition de pression standard, on entend lorsque la réaction de formation est effectuée à une pression atmosphérique d'une atmosphère et à une température ambiante de 25 degrés Celsius ou 298,15 Kelvin.

L'état normal des éléments réactifs dans une réaction de formation fait référence à l'état d'agrégation le plus courant (solide, liquide ou gazeux) de ces substances dans des conditions standard de pression et de température.

Dans la réaction de formation d'un composé, la chaleur est échangée avec l'environnement. Source: pixabay

L'état normal fait également référence à la forme allotrope la plus stable de ces éléments réactifs dans des conditions de réaction standard.

L'enthalpie H est une fonction thermodynamique qui se définit comme l'énergie interne U plus le produit de la pression P et du volume V des substances qui participent à la réaction chimique de formation d'une substance mole:

H = U + P ∙ V

L'enthalpie a des dimensions d'énergie et dans le système international de mesures, elle est mesurée en Joules.

Enthalpie standard

Le symbole de l'enthalpie est H, mais dans le cas spécifique de l'enthalpie de formation, il est noté ΔH0f pour indiquer qu'il se réfère au changement subi par cette fonction thermodynamique dans la réaction de formation d'une mole d'un certain composé dans des conditions standard.

Dans la notation, l'exposant 0 indique les conditions standard, et l'indice f indique la formation d'une mole de substance à partir des réactifs à l'état d'agrégation et de la forme allotropique la plus stable des réactifs dans les conditions standard.

Chaleur de formation

La première loi établit que la chaleur échangée dans un processus thermodynamique est égale à la variation de l'énergie interne des substances impliquées dans le processus plus le travail effectué par ces substances dans le processus:

Q = ΔU + W

Dans le cas présent, la réaction est effectuée à pression constante, spécifiquement à la pression d'une atmosphère, de sorte que le travail sera le produit de la pression et du changement de volume.

Ensuite, la chaleur de formation d'un certain composé que nous désignerons par Q0f est liée au changement d'énergie interne et de volume de la manière suivante:

Q0f = ΔU + P ΔV

Mais en nous rappelant la définition de l'enthalpie standard, nous avons cela:

Q0f = ΔH0f

Différence entre l'enthalpie et la chaleur de formation

Cette expression ne signifie pas que la chaleur de formation et l'enthalpie de formation sont les mêmes. L'interprétation correcte est que la chaleur échangée pendant la réaction de formation a provoqué un changement de l'entropie de la substance formée par rapport aux réactifs dans des conditions standard.

D'autre part, puisque l'enthalpie est une fonction thermodynamique étendue, la chaleur de formation se réfère toujours à une mole du composé formé.

Si la réaction de formation est exothermique, alors l'enthalpie de formation est négative.

Au contraire, si la réaction de formation est endothermique, alors l'enthalpie de formation est positive.

Équations thermochimiques

Dans une équation de formation thermochimique, non seulement les réactifs et les produits doivent être indiqués. En premier lieu, il est nécessaire que l'équation chimique soit équilibrée de telle sorte que la quantité de composé formé soit toujours de 1 mole.

D'autre part, l'état d'agrégation des réactifs et des produits doit être indiqué dans l'équation chimique. Si nécessaire, la forme allotropique de celui-ci doit également être indiquée, car la chaleur de formation dépend de tous ces facteurs.

Dans une équation de formation thermochimique, l'enthalpie de formation doit également être indiquée.

Regardons quelques exemples d'équations thermochimiques bien posées:

H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Considérations importantes

- Tous sont équilibrés sur la base de la formation de 1 mole de produit.

- L'état d'agrégation des réactifs et du produit est indiqué.

- L'enthalpie de formation est indiquée.

Notez que l'enthalpie de formation dépend de l'état d'agrégation du produit. Des trois réactions, la plus stable dans les conditions standard est la seconde.

Étant donné que ce qui compte dans une réaction chimique et en particulier dans une réaction de formation, c'est le changement d'entropie et non l'entropie elle-même, il est entendu que les éléments purs dans leur forme moléculaire et leur état d'agrégation naturelle dans des conditions standard ont une entropie de formation. nul.

Voici quelques exemples:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (graphite); ΔH0f = 0 kJ / mol

Exercices résolus

-Exercice 1

Sachant que pour la formation de l'éthène (C2H4) il faut apporter 52 kJ de chaleur pour chaque mole et que ses réactifs sont l'hydrogène et le graphite, écrivez l'équation thermochimique de la formation de l'éthène.

Solution

Tout d'abord, nous élevons l'équation chimique et l'équilibrons sur la base d'une mole d'éthène.

Ensuite, nous tenons compte du fait qu'il est nécessaire de fournir de la chaleur pour que la réaction de formation ait lieu, ce qui indique qu'il s'agit d'une réaction endothermique et que l'entropie de formation est donc positive.

2 C (graphite solide) + 2 H2 (gaz) → C2H4 (gaz); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Exercice 2

Dans des conditions standard, l'hydrogène et l'oxygène sont mélangés dans un récipient de 5 litres. L'oxygène et l'hydrogène réagissent complètement sans aucun des réactifs pour former du peroxyde d'hydrogène. 38,35 kJ de chaleur ont été libérés dans l'environnement lors de la réaction.

Énoncez l'équation chimique et thermochimique. Calculez l'entropie de formation de peroxyde d'hydrogène.

Solution

La réaction de formation de peroxyde d'hydrogène est:

H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (liquide)

Notez que l'équation est déjà équilibrée sur la base d'une mole de produit. Autrement dit, il faut une mole d'hydrogène et une mole d'oxygène pour produire une mole de peroxyde d'hydrogène.

Mais l'énoncé du problème nous dit que l'hydrogène et l'oxygène sont mélangés dans un récipient de 5 litres dans des conditions standard, nous savons donc que chacun des gaz occupe 5 litres.

Utilisation de conditions standard pour obtenir l'équation thermochimique

Par contre, dans les conditions standard, une pression de 1 atm = 1013 x 10⁵ Pa et une température de 25 ° C = 298,15 K.

Dans des conditions standard, 1 mole de gaz parfait occupera 24,47 L, comme cela peut être vérifié à partir du calcul suivant:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Puisque 5 L sont disponibles, le nombre de moles de chacun des gaz est donné par:

5 litres / 24,47 litres / mole = 0,204 mole de chacun des gaz.

Selon l'équation chimique équilibrée, 0,204 mole de peroxyde d'hydrogène sera formée, libérant 38,35 kJ de chaleur dans l'environnement. Autrement dit, il faut 38,35 kJ / 0,204 mole = 188 kJ / mole pour former une mole de peroxyde.

De plus, comme la chaleur est libérée dans l'environnement pendant la réaction, l'enthalpie de formation est négative. Résultant enfin de l'équation thermochimique suivante:

H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (liquide); ΔH0f = -188 kJ / mol

Références

1. Châtaignes E. Enthalpie dans les réactions chimiques. Récupéré de: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Thermochimie. Enthalpie de réaction. Récupéré de: recursostic.educacion.es
3. Thermochimie. Définition de l'enthalpie de réaction standard. Récupéré de: quimitube.com
4. Thermochimie. Définition de l'enthalpie de formation et exemples. Récupéré de: quimitube.com
5. Wikipédia. Enthalpie standard de réaction. Récupéré de: wikipedia.com
6. Wikipédia. Enthalpie de formation. Récupéré de: wikipedia.com