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I. TRANSFERT THERMIQUE
▪ Si l’espèce chimique reçoit de l’énergie par transfert thermique le transfert thermique est positif (𝑄>0)
▪ Si l’espèce chimique libère de l’énergie par transfert thermique, le transfert thermique est négatif (𝑄 <0)
II. TRANSFORMATION ENDOTHERMIQUE, TRANSFORMATION EXOTHERMIQUE
Exemples :
- La vaporisation est une transformation endothermique.
- Les combustions sont des transformations exothermiques.
III. TRANSFERT THERMIQUE LORS D’UN CHANGEMENT D’ETAT 1. Changements d’état exothermiques et endothermiques
Le transfert thermique Q est l’énergie échangée sous forme de chaleur par une espèce chimique avec le milieu extérieur. Il est exprimé en Joules (J)
TRANSFORMATION DE LA MATIERE – TRANSFERT D’ENERGIE CHAPITRE 13
Cours
TRANSFERTS D’ENERGIE
✓ Si au cours d’une transformation, le système absorbe de l’énergie par transfert thermique (𝑄 > 0), la transformation est endothermique
✓ Si au cours d’une transformation, le système libère de l’énergie par transfert thermique (𝑄 < 0), la transformation est exothermique
✓ Lors d’une fusion, d’une vaporisation ou d’une sublimation, l’espèce chimique change d’état et son énergie augmente, alors que celle du milieu extérieur diminue : la transformation est endothermique (Q > 0) ; le milieu extérieur se refroidit.
✓ Lors d’une solidification, d’une liquéfaction ou d’une condensation, l’espèce chimique change d’état et son énergie diminue, alors que celle du milieu extérieur augmente : la transformation est exothermique (Q < 0) ; le milieu extérieur se réchauffe
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Exemples :
La fusion de l’eau est endothermique La solidification de l’eau est exothermique
2. Energie massique de changement d’état
Les énergie massiques de changement d’état sont positives ou négatives. Ainsi : 𝐿𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛> 0 𝑒𝑡 𝐿𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = −𝐿𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛
𝐿𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛> 0 𝑒𝑡 𝐿𝑙𝑖𝑞𝑢é𝑓𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛= −𝐿𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝐿𝑠𝑢𝑏𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 > 0 𝑒𝑡 𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛= −𝐿𝐿𝑠𝑢𝑏𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛
Application : On donne la valeur des énergies massiques de fusion et de vaporisation de quelques espèces chimiques sous pression atmosphérique Calculer le transfert thermique mis en jeu lors de la vaporisation de 500 g d’eau, la liquéfaction de 500 g d’eau et la vaporisation de 500 g d’éthanol
L’énergie transférée lors du changement d’état d’un kilogramme d’une espèce est l’énergie massique de changement d’état, notée L, de cette espèce. Cette énergie est aussi appelée chaleur latente de changement d’état. Elle s’exprime en J.kg-1
L’énergie Q transférée lors du changement d’état d’une masse m d’une espèce est :
𝑸 =𝒎 × 𝑳
Avec Q en J, m en kg et L en J.kg-1
Pour une même espèce chimique, deux changements d’état inverse ont des énergies massiques opposées
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IV. TRANSFERT THERMIQUE LORS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE
Un système chimique est un ensemble d’espèces chimiques susceptibles de réagir entre elles. Une transformation chimique peut modifier l’énergie que possède le système chimique
Exemples :
Les combustions sont des transformations chimiques exothermiques La dissolution du chlorure d’ammonium dans l’eau est endothermique
Remarque : Parfois, le transfert thermique libéré par un système, siège d’une transformation chimique exothermique, s’accompagne d’un dégagement d’énergie sous d’autres formes telles que le passage d’un courant électrique, la mise en mouvement ou l’apparition de lumière
La combustion du gaz propane est exothermique, il y a dégagement de chaleur et de lumière.
1. Variation de température du système, siège d’une transformation chimique
Au cours d’une transformation chimique endothermique, la température du système chimique diminue. Au cours d’une transformation chimique exothermique, la température du système augmente.
La mesure de la variation de température du système chimique lors d’une transformation chimique permet de déterminer son caractère endothermique ou exothermique.
2. Influence de la masse de réactif limitant
La transformation chimique se poursuivant jusqu’à l’épuisement du réactif limitant, la masse de celui-ci influe sur la quantité d’énergie absorbée ou libérée par le système, donc sur sa variation de température
La réaction chimique dont l’équation est donnée ci-dessous est endothermique : 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 (𝑠) + 𝐻+ (𝑎𝑞) → 𝑁𝑎+ (𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂 (ℓ) + 𝐶𝑂2 (𝑔)
Si l’hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 (s) est le réactif limitant, plus sa masse initiale est importante, plus la température finale du système sera faible.
✓ Si au cours d’une transformation chimique, le système chimique absorbe de l’énergie par transfert thermique, la transformation est endothermique.
✓ Au contraire, si le système libère de l’énergie par transfert thermique, la transformation est exothermique.
Plus la masse de réactif limitant est grande, plus l’énergie mise en jeu et la variation de température sont importantes
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V. ENERGIE LIBEREE PAR UNE TRANSFORMATION NUCLEAIRE
1. Transformations nucléaires dans les centrales nucléaires
Un neutron est projeté sur le noyau d’un atome d’uranium 235 qui se scinde en 2 noyaux fils en libérant une grande quantité d’énergie et des neutrons capables à leur tour de provoquer la fission d’autres noyaux d’uranium : il s’agit de réactions en chaîne
2. Transformations nucléaires dans le Soleil
Au cœur du Soleil, la forte densité et la température dépassant 15 millions de degrés Celsius permettent à deux noyaux légers de fusionner en libérant une grande quantité d’énergie
Remarque : À masse égale, l’énergie libérée par les réactions de fusion nucléaire est environ dix millions de fois supérieure à la combustion du pétrole, et environ cent fois supérieure à celle des réactions de fission nucléaire
L’énergie libérée par le Soleil provient de réactions de fusion nucléaire.
Une centrale nucléaire produit de l’électricité grâce à l’énergie dégagée par la fission de noyaux d’uranium 235
