En thermodynamique chimique, lenthalpie standard de formation est une valeur de référence de l'enthalpie tabulée pour toute espèce chimique (tout corps). Pour un à la température elle est notée . Cette grandeur standard est souvent tabulée à la température de (). Elle s'exprime en joules par mole () ou, plus couramment, en kilojoules par mole () dans le Système international d'unités (SI).
L'enthalpie d'un corps pur ne peut être calculée de façon absolue car elle dépend de l'énergie interne dont seules les variations peuvent être mesurées. Pour pallier cette difficulté, une échelle d'enthalpies molaires est établie en définissant des zéros arbitraires pour certains corps simples. Ceci permet de calculer une enthalpie standard de réaction par la loi de Hess.
Définitions
Réaction standard de formation
La réaction standard de formation d'un à la température est définie par.. :
Réaction standard de formation d'un corpsLa réaction standard de formation d'un à la température est la réaction produisant une mole de ce corps dans un état standardà partir des corps simples de référence des éléments chimiques dans leur état standard de référence.
La réaction a lieu à la pression standardAvant 1982, la pression standard était fixée à . . On trouve encore cette pression utilisée dans la littérature scientifique. constante et à la température (quelconque) également constante. On suppose que toutes les espèces du milieu réactionnel sont dans un état standard et le restent tout au long de la réaction. Cette réaction est donc théorique, puisqu'elle suppose que les espèces ne se mélangent pas (un état standard est l'état d'un corps pur). Le milieu réactionnel se comporte, de ce fait, comme un mélange idéal.
Selon la convention stœchiométrique, les coefficients stœchiométriques sont notés algébriquement : positifs pour les réactifs et négatifs pour les produits. L'équation est donc écrite selon :
Réaction chimique :
Le seul produit est le et son coefficient stœchiométrique vaut .
Les réactifs sont uniquement les corps simples les plus stables à et constitués des éléments chimiques présents dans le . Ces corps sont dans leur état standard le plus stable à et . Par exemple, dans les conditions de pression et de température , le carbone existe principalement sous deux formes solides : le graphite et le diamant, mais seul le graphite est stable dans ces conditions, le diamant est métastable ; le corps simple de référence du carbone dans ces conditions est donc le graphite, et son état standard de référence est l'état solide. Dans les mêmes conditions, l'oxygène existe sous deux formes gazeuses : le dioxygène et l'ozone ; le corps simple de référence de l'oxygène dans ces conditions est le dioxygène, stable, et son état standard de référence est l'état gazeux.. Les coefficients stœchiométriques des réactifs sont négatifs et peuvent être des fractions..
L'équation chimique de la réaction standard de formation d'un corps ne peut être écrite que d'une seule façon.
Exemples - Quelques réactions standards de formation à . Formation du dioxyde de carbone :
Formation du chlorure d'hydrogène (acide chlorhydrique) :
Formation du dioxyde d'azote :
Formation de l'eau :
Formation de l'éthanol :
Formation du chlorure de mercure(I) (calomel) :
Enthalpie standard de formation
Lenthalpie standard de formation d'un à la température est définie par. :
Enthalpie standard de formation d'un corpsL'enthalpie standard de formation d'un à la température est l'enthalpie de réaction de la réaction standard de formation de ce corps à la température .
Autrement dit, l'enthalpie standard de formation du est la variation d'enthalpie du milieu réactionnel dans lequel se déroule la réaction standard de formation d'une mole de ce corps. L'enthalpie standard de formation s'exprime en joules par mole () ou, plus couramment, en kilojoules par mole () dans le Système international d'unités (SI).
Une enthalpie standard de formation est définie à pression standard constante et pour une mole du corps considéré, elle ne dépend donc que de la température. Les enthalpies standards de formation des corps simples de référence des éléments chimiques dans leur état standard de référence sont nulles quelle que soit la température.. Par exemple, à les enthalpies standards de formation du graphite solide (corps simple de référence du carbone dans ces conditions) et du dioxygène gazeux (corps simple de référence de l'oxygène dans ces conditions) sont nulles, mais pas celles du diamant et de l'ozone.
Exemple 1 À , le dioxygène est le corps simple de référence pour l'oxygène, son état standard de référence est l'état gazeux. La réaction standard de formation du dioxygène gazeux s'écrit par conséquent :
L'enthalpie standard de cette réaction et l'enthalpie de formation du dioxygène sont donc nulles : . Par contre, l'enthalpie standard de formation du dioxygène liquide dans ces conditions (état fictif) est non nulle, car l'état liquide n'est pas son état standard de référence : .
Exemple 2. À , la réaction standard de formation du dioxyde de carbone à partir des corps simples carbone graphite et dioxygène s'écrit :
L'enthalpie standard de cette réaction est de . Dans ces conditions, l'enthalpie standard de formation du dioxyde de carbone vaut donc : .
Les enthalpies standards de formation peuvent être tabulées à n'importe quelle température. Dans la littérature scientifique, elles le sont le plus souvent à )La notation est souvent utilisée par simplification. Cependant, la température de référence est bien ..
Relations Changement de température, relation de Kirchhoff
Les enthalpies standards de formation sont généralement tabulées à () et notées . Elles peuvent être calculées pour d'autres températures par la première relation de Kirchhoff, si le considéré et les réactifs de la réaction de formation ne subissent pas de changement d'état lors de ce changement de température :
Première relation de Kirchhoff :
avec : la capacité thermique isobare standard de réaction ; la capacité thermique isobare molaire standard du (réactif ou produit ) ; le coefficient stœchiométrique du .
Exemple.
Le monoxyde de carbone est formé par la réaction :
L'enthalpie standard de formation du à est de . Les capacités thermiques isobares molaires standards des divers corps sont, en :
pour le carbone graphite pour
pour le dioxygène gazeux pour
pour le monoxyde de carbone gazeux pour
La capacité thermique isobare standard de réaction vaut :
On obtient par la première relation de Kirchhoff l'enthalpie standard de formation du à : .
Loi de Hess, enthalpie standard de réaction
Soit une réaction chimique quelconque notée selon la convention stœchiométrique (les coefficients stœchiométriques sont notés algébriquement : positifs pour les réactifs et négatifs pour les produits) :
Réaction chimique :
La loi de Hess énonce que Toute réaction chimique pouvant s'écrire comme une combinaison linéaire des réactions standards de formation de ses réactifs et produits, l'enthalpie standard de la réaction peut en conséquence être calculée selon :
Enthalpie standard de réaction : (loi de Hess).
Exemple - Enthalpie de combustion de la méthylhydrazine avec le peroxyde d'azote..
La méthylhydrazine est un ergol utilisé comme carburant pour petites fusées dans la réaction :
Les enthalpies standards de formation des divers corps sont données dans le tableau suivant.
+ Enthalpies standards de formation à . méthylhydrazine(g) peroxyded'azote(g) azote(g) eau(g) dioxydede carbone(g) () 95 11 0 -242 -394
L'enthalpie standard de réaction vaut : ; la réaction est exothermique.
Enthalpies standards de formation de quelques corps
Voir le tableau de l'article détaillé Grandeur standard. Quelques références sont données ci-après.
Liens externes
. . .
Ouvrages
. . .
Notes et références Notes
Références
Bibliographie
. . . . . .
Articles connexes
Loi de Hess Équilibre chimique Grandeur standard Relations de Kirchhoff Thermochimie
Catégorie:Enthalpie Catégorie:Grandeur en thermochimie Catégorie:Grandeur thermodynamique Catégorie:Thermochimie