La enthalpie de formation est le changement que l'enthalpie subit lors de la formation d'une mole d'un composé ou d'une substance dans des conditions standard. On entend par condition de pression standard lorsque la réaction de formation est effectuée à la 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..
L'état normal fait également référence à la forme allotropique 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.
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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 fait référence à la formation d'une mole de substance à partir des réactifs à l'état d'agrégation et de la forme allotrope la plus stable des réactifs dans les conditions standard..
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 comme suit:
Q0f = ΔU + P ΔV
Mais en nous rappelant la définition de l'enthalpie standard, nous avons:
Q0f = ΔH0f
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 une modification 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..
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.
En revanche, l'état d'agrégation des réactifs et des produits doit être indiqué dans l'équation chimique. Si nécessaire, la forme allotrope 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
- 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 des conditions standard est la deuxième.
Étant donné que ce qui compte dans une réaction chimique et en particulier dans une réaction de formation 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..
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
Sachant que pour la formation de l'éthène (C2H4) il est nécessaire de fournir 52 kJ de chaleur pour chaque mole et que ses réactifs sont l'hydrogène et le graphite, écrivez l'équation thermochimique pour la formation de l'éthène.
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
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. Calculer l'entropie de formation de peroxyde d'hydrogène.
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.
Par contre, les conditions standard signifient une pression de 1 atm = 1,013 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 / mol = 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, pour former une mole de peroxyde, 38,35 kJ / 0,204 mole = 188 kJ / mole sont nécessaires.
De plus, comme la chaleur est libérée dans l'environnement pendant la réaction, l'enthalpie de formation est négative. Il en résulte finalement l'équation thermochimique suivante:
H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (liquide); ΔH0f = -188 kJ / mol
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