Changements d'état et transformations chimiques : cours complet

Équation d'un changement d'état

Le système choisi est un corps pur (donc constitué d'une seule espèce chimique).

Pour une pression donnée, le changement d'état d'un corps pur se fait à température constante.

Un changement d'état peut s'écrire : H₂O (l) → H₂O (g)

Interprétation microscopique des changements d'état

À l'échelle microscopique, dans tous les états physiques, les entités constituant la matière sont en permanence en mouvement : c'est l'agitation thermique.

Lorsque la température de changement d'état est atteinte, l'énergie échangée permet aux entités de modifier leur arrangement pour changer d'état physique.

Solide → (fusion) → liquide → (vaporisation) → gaz

Solide ← (solidification) ← liquide ← (liquéfaction) ← gaz

Solide → (sublimation) → gaz

Solide ← (condensation) ← gaz

Lors d'une fusion, une vaporisation ou une sublimation, l'espèce chimique change d'état et son énergie augmente (et celle du milieu extérieur diminue) : la transformation est endothermique (+) (Q>0; Q désigne l'énergie transférée au système). Le milieu extérieur se refroidit.

Lors d'une solidification, liquéfaction, ou condensation, l'espèce chimique change d'état et son énergie diminue (tandis que celle du milieu extérieur augmente) : la transformation est exothermique (-) (Q<0). Le milieu extérieur se réchauffe.

Énergie massique de changement d'état

L'énergie transférée = Q = m x L avec J/kg et J·kg^-1

L est l'énergie massique de changement d'état : c'est l'énergie transférée lors du changement d'état d'un kilogramme d'espèce.

• L est positif si le système absorbe de l'énergie,
• L est négatif si le système perd de l'énergie.
• L_fus > 0 et L_solidif = - L_fus
• L_vap > 0 et L_liquéf = - L_vap
• L_subli > 0 et L_cond = - L_sublim

Système : partie de l'environnement choisi par l'expérimentateur qui échange de l'énergie ou de la matière avec le milieu extérieur.

Transfert thermique : échange d'énergie thermique entre deux systèmes de températures différentes.

Réactif limitant

Une transformation chimique s'arrête lorsqu'au moins un des réactifs est totalement consommé.

Le réactif limitant d'une transformation chimique est le réactif totalement consommé en premier.

Si le ou les autres réactifs sont partiellement consommés, ils sont dits « en excès ».

Si le ou les autres réactifs sont totalement consommés simultanément, ils sont aussi limitants.

Si n(A)/a < n(B)/b alors A est le réactif limitant et B est le réactif en excès. Si n(A)/a = n(B)/b, A et B sont en proportions stœchiométriques et limitants.

Transformation chimique

Une transformation chimique est le passage d'un système chimique d'un état initial à un état final (réaction entre espèces). Si les espèces ne réagissent pas entre elles, le système chimique n'évolue plus : on dira que le système est à l'état initial.

Lors d'une transformation chimique, des espèces initiales (les réactifs) disparaissent et de nouvelles espèces se forment (les produits).