Enthalpie

Les chimistes utilisent habituellement une propriété connue sous le nom d’enthalpie (H) pour décrire la thermodynamique des processus chimiques et physiques. L’enthalpie est définie comme la somme de l’énergie interne (E) d’un système et du produit mathématique de sa pression (P) et de son volume (V) :

L’enthalpie est une fonction d’état. Les valeurs d’enthalpie pour des substances spécifiques ne peuvent pas être mesurées directement ; seules les variations d’enthalpie pour des processus chimiques ou physiques peuvent être déterminées. Pour les processus qui ont lieu à pression constante (condition commune à de nombreuses transformations chimiques et physiques), la variation d’enthalpie (ΔH) est :

Le produit mathématique PΔV représente le travail (w), à savoir le travail d’expansion ou de pression-volume. Par définition, les signes arithmétiques de ΔV et w seront toujours opposés :

Remplacer cette équation et la définition de l’énergie interne à pression constante (ΔE = q_p + w) dans l’équation de la variation d’enthalpie donne :

où q_p est la chaleur de la réaction dans des conditions de pression constante.  

Ainsi, si un processus chimique ou physique est réalisé à pression constante avec le seul travail effectué par dilatation ou contraction (travail P-V), alors le flux de chaleur (q_p) et la variation d’enthalpie (ΔH) pour le processus sont égaux.

La chaleur cédée lors de l’utilisation d’un bec Bunsen est égale à la variation d’enthalpie de la réaction de combustion du méthane qui a lieu puisqu’elle se produit à la pression essentiellement constante de l’atmosphère. Les chimistes effectuent généralement des expériences dans des conditions atmosphériques normales, à pression externe constante avec q_p = ΔH, ce qui fait que l’enthalpie est le choix le plus pratique pour déterminer les changements de chaleur pour les réactions chimiques.

Une valeur négative de la variation d’enthalpie, ΔH &It; 0, indique une réaction exothermique (chaleur cédée à l’environnement) ; une valeur positive, ΔH > 0, indique une réaction endothermique (chaleur absorbée par l’environnement). Si la direction d’une équation chimique est inversée, le signe arithmétique de son ΔH change (un processus endothermique dans une direction est exothermique dans la direction opposée).

Conceptuellement, ΔE (une mesure de la chaleur et du travail) et ΔH (une mesure de la chaleur à pression constante) représentent tous deux des variations dans une fonction d’état pour le système. Dans les processus où le changement de volume, ΔV, est faible (fusion de la glace), et ΔE et ΔH sont identiques. Cependant, si le changement de volume est significatif (évaporation de l’eau), la quantité d’énergie transférée comme travail sera significative ; ainsi, ΔE et ΔH ont des valeurs sensiblement différentes.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 5.3 : Enthalpie.