CC1 – Syst` eme ferm´ e en r´ eaction chimique
I Syst` eme physico-chimique
I.1 D´efinitions
♦D´efinition : Unsyst`emeest une portion de l’espace (appel´e« univers ») séparée dumilieu extérieurpar une surface fermée, réelle (paroi) ou fictive.
• Un systèmefermén’échange pas de matière avec le milieu extérieur.
Un systèmeisolén’échange ni matière ni énergie avec l’extérieur.
Un systèmeouvertpeut échanger de la matière et d el’énergie avec le milieu extérieur.
• Un systèmeisochoregarde un volume constant.
Un systèmeisothermereste à température constante.
Un systèmeisobareest à pression constante.
(𝒮) Extérieur
Système
I.2 Param`etres descriptifs (ou variables d’´etat) d’un syst`eme Un syst`eme est caract´eris´e par diff´erentsparam`etres descriptifs:
⎧
⎨
⎩
param`etres physiques
{ extensifs volume, masse, ´energie, . . .
intensifs pression, temp´erature, indice optique, volume massique . . . param`etres chimiques
{ extensifs quantit´es de mati`ere𝑛𝑖 des constituants 𝐴𝑖 du syst`eme intensifs fractions molaires 𝑥𝑖 ou fractions massiques𝑤𝑖
• Propri´et´e 1 : lors de la r´eunion de deux syst`emes identiques :
- un param`etre extensif 𝐺 double (on dit qu’il est additifs car proportionnel `a la quantit´e de mati`ere)
- un param`etre intensif𝑔 reste constant.
• Propri´et´e 2 : le rapport de deux grandeurs extensives est une grandeurs intensive.
I.3 Phases
♦D´efinition : La mati`ere peut exister sous trois phasescourantes : solide, liquide ou gazeuse.
Lors d’un changement de phase, il y a discontinuit´e au moins d’un param`etre intensif.
La fronti`ere entre deux phases est appel´eeinterface.
Un syst`emehomog`enecomprend une seulephase uniform´ement r´epartie.
Dans le cas contraire, le syst`eme esth´et´erog`ene.
I.4 Param`etre de composition d’un syst`eme
Syst`eme ´etudi´e : 𝒮 est un m´elangehomog`enedes constituants𝐴1 (𝑛1),𝐴2 (𝑛2),𝐴3 (𝑛3), . . . , 𝐴𝑛(𝑛𝑛), occupant le volume𝑉, `a la temp´erature 𝑇.
♦D´efinition : La fraction molaire𝑥𝑖du constituant𝐴𝑖est le quotient de sa quantit´e de mati`ere par la quantit´e totale de mati`ere de la phase :
𝑥𝑖= 𝑛𝑖
∑
𝑘
𝑛𝑘 ou encore𝑥𝑖 = 𝑛𝑖
𝑛𝑡 avec 𝑛𝑡=
𝑘=𝑛
∑
𝑘=1
𝑛𝑘
CC1 II. ´Evolution du syst`eme physico-chimique 2009-2010 Rq : On d´efinit ´egalement les « fractions massiques » :𝑤𝑖 = 𝑚𝑖
∑
𝑗
𝑚𝑗 = 𝑚𝑖
𝑚𝑡 avec𝑚𝑡=
𝑘=𝑛
∑
𝑘=1
𝑚𝑘
♦D´efinition : On appelleconcentration molaire 𝐶𝑖 ou[𝐴𝑖]de 𝐴𝑖 le quotient de sa quantit´e de mati`ere par le volume total de la phase : 𝐶𝑖 = 𝑛𝑖
𝑉
• Cas où 𝒮 est un mélange de gaz parfaits :
♦D´efinition : Lapression partielle𝑃𝑖 du constituant 𝐴𝑖est la pression qu’il exer- cerait sur les parois du r´ecipient d´elimitant 𝒮 s’il s’y trouvait seul, sous la mˆeme temp´erature.
Lorsque𝐴𝑖 est assimil´e `a un gaz parfait : 𝑃𝑖 =𝑛𝑖.𝑅𝑇 𝑉
avec 𝑅= 8,314𝐽.𝐾−1.𝑚𝑜𝑙−1
❚Loi de Dalton : Dans un mélange idéal de gaz parfaits, la pression totale est la somme des pressions partielles de tous les gaz présents : 𝑃 =∑
𝑖
𝑃𝑖 = (
∑
𝑖
𝑛𝑖 )
.𝑅𝑇 𝑉 avec ∑
𝑖
𝑛𝑖=𝑛𝑡 : quantité de matière du système𝒮 pour un système homogène.
II Evolution du syst` ´ eme physico-chimique
II.1 Equation-bilan et cœfficients stœchiom´´ etriques
♦D´efinition : Toute r´eaction chimique peut ˆetreformellement´ecrite sous la forme :
0 =∑
𝑖
𝜈𝑖𝐴𝑖
⎧
⎨
⎩
𝜈𝑖>0si 𝐴𝑖 est unproduit 𝜈𝑖<0si 𝐴𝑖 est unr´eactif
o`u les 𝜈𝑖 sont lescœfficients stœchiom´etriques alg´ebriques
∣𝜈1∣𝐴1+∣𝜈2∣𝐴2+. . .=𝜈𝑝𝐴𝑝+𝜈𝑞𝐴𝑞
II.2 Avancement de r´eaction
➜ Cf. Cours.
♦D´efinition : Dans un syst`eme ferm´e,
si`ege d’une r´eaction unique d’´equation 0 = ∑
𝑖
𝜈𝑖𝐴𝑖, le quotient Δ𝜉 = Δ𝑛𝑖 𝜈𝑖 est ind´ependant du constituant𝐴𝑖 consid´er´e.
Ce quotient caract´erise le d´eroulement de la r´eaction dans le syst`eme ´etudi´e.
Δ𝜉 est appel´evariation d’avancement de r´eaction entre 𝑡et 𝑡+ Δ𝑡.
• Unit´es :𝑚𝑜𝑙
Rq2 : 𝜉dépend des nombres stœchiométrique : on ne peut le définir qu’après avoiréquilibré/écrit l’équation-bilan
Rq1 : dans le cas des systèmes isochores et homogènes, on peut définir l’avancement volumique 𝑥 (en𝑚𝑜𝑙.𝐿−1) : 𝑥= 𝜉
𝑉
2 http ://atelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. ∣PTSI
