Potentiel chimique

Thermodynamique 1 :

Potentiel chimique

Conseils / Erreurs trop fréquentes

• Il y a autant d’états standard que de températures et d’états physiques.

Par exemple, l’état standard du dioxygène gazeux à 298 K est le dioxygène gazeux pur, sous 1 bar et à 298 K.

L’état standard du dioxygène gazeux à 303 K est le dioxygène gazeux pur, sous 1 bar et à 303 K.

De la même façon, on peut définir à 298 K, l’état standard du dioxygène liquide et du dioxygène gazeux, même si les deux n’existent pas forcément à cette température.

Ainsi, l’état standard de O

(ℓ) à 298 K est du dioxygène liquide pur, sous 1 bar et à 298 K. Cet état est fictif.

En résumé, l’état standard d’un constituant physico-chimique à une température T correspond à ce constituant pur, sous 1 bar et à la température T.

• Attention à ne pas confondre :

o Etat standard d’un constituant physico-chimique o Etat standard de référence d’un élément chimique.

• Pour calculer G ou sa variation ΔG, on utilise la relation d’Euler : G = ∑

• « Partiel » signifie relatif à un constituant donné au sein d’un mélange. Une grandeur molaire partielle constitue donc le moyen de prendre en compte la différence d’environnement d’une molécule dans le mélange et dans le corps pur.

Ainsi, dans l’éthanol pur, une molécule d’éthanol n’est entourée que de molécules d’éthanol. Dans une solution aqueuse, suivant la concentration, une molécule d’éthanol a comme voisines des molécules d’eau et d’éthanol.

Les interactions intermoléculaires sont donc différentes : elles varient en intensité ce qui change les propriétés du mélange par rapport au corps pur.

• La pression de vapeur saturante P

* est la pression partielle du gaz A dans la phase vapeur en équilibre avec une phase de A liquide pur. Si le liquide n’est pas pur, alors, dans le cas d’une hypothèse d’idéalité, la pression partielle de A dans la phase vapeur à l’équilibre est donnée par la loi de Raoult.

• Ne pas confondre loi de Dalton et loi de Raoult, même si elles expriment toutes les deux, la pression partielle d’un constituant gazeux au sein d’une phase vapeur :

o Loi de Dalton : relie la pression partielle P

à l’abondance du constituant dans la phase gaz, au moyen de la fraction molaire en phase vapeur :

o Loi de Raoult : relie la pression partielle P

à l’abondance du constituant dans la phase liquide, au moyen de la fraction molaire en phase vapeur :

P

*

A(ℓ) pur (x

= 1)

P

= x

P

*

A en mélange liquide idéal (x

)

Arbre logique du chapitre

But : Déterminer si un système chimique à T et P constantes évolue ? Si oui, dans quel sens ?

Solution : Recherche d’un potentiel thermo par application des deux principes de la thermodynamique → introduc/on de l’enthalpie libre G

Problème : Comment tenir compte des propriétés des mélanges et des changements de composition dans l’expression des fonctions d’état ?

Solution : Introduction des grandeurs molaires partielles.

En particulier, le potentiel chimique μ

va permettre de calculer G

Problème : Comment exprimer le potentiel chimique quand on ne connaît que l’influence (dérivées) de la pression et de la température sur le

potentiel chimique du corps pur ?

Solution 1 : Définition d’un état

« référence » (état standard) et intégration des dérivées → Prise en compte de l’influence

de la pression ou de la température sur le potentiel

chimique du corps pur

Solution 2 : Rajouter un terme correctif pour rendre compte

de l’écart entre le potentiel chimique du corps pur et celui

en mélange.

Problème : Les calculs ont été réalisés dans l’hypothèse de mélanges idéaux. Pourtant, tous les mélanges ne sont pas idéaux !

Solution : Introduction des termes correctifs (coefficients d’activité) pour rendre compte de l’écart entre potentiel chimique « idéal » et potentiel

chimique réel.