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UE CHIMIE: Thermodynamique 3

Code de l'ECUE : SLUC503

Ce cours donne droit à 6.0 ECTS.
PORTAIL SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Chimie théorique, physique, analytique
Campus Valrose
Licence 3
Semestre impair
Français

PRESENTATION

Dans ce cours, vous approfondirez la thermochimie des systèmes et des solutions chimiques.

En partant des grandeurs thermodynamiques que sont les fonctions d'état du système et le potentiel chimique d'un composé, vous aborderez les cycles thermodynamiques, permettant de comprendre et décrire les transformations chimiques (réactions chimiques, changement de phases, échanges de chaleur).

Les propriétés des corps purs, mais aussi des mélanges, considérés comme des solutions idéales ou réelles seront également étudiées et permettront de comprendre les différents équilibres de phases existant dans les systèmes chimiques de composés purs ou de mélanges de composés. Ainsi, les équilibres solide-liquide (solubilités de solutés dans un ou plusieurs solvants ou de métaux) et les équilibres liquide-vapeur seront abordés ainsi que les diagrammes de phases correspondants.

Applications liées à ce cours

La connaissance des énergies mises en jeu lors des réactions chimiques et des transformations physiques est indispensable pour la mise au point des procédés industriels et le génie chimique. Cela permet, en complément avec les données de la cinétique chimique, de réaliser les études de sécurité et d’emballement thermique.

La modélisation du comportement des gaz réels est utilisée dans l’industrie pétrolière pour prédire le comportement des fluides dans les réservoirs de pétrole et de gaz naturel. Appliquée aux solutions réelles cela permet de prévoir leur solubilité en fonction de la température, la pression et la concentration.

L’étude des équilibres permet de prévoir leur sens de déplacement et d’augmenter le rendement d’une synthèse.

Les diagrammes de phases sont utilisés pour élaborer des matériaux avec des propriétés nouvelles, déterminer les conditions pour dimensionner une distillation sous pression réduite afin d’éviter la dégradation des molécules fragiles, pour réaliser une extraction liquide-liquide et purifier des composés de synthèse.

Les propriétés colligatives et la calorimétrie seront mises à profit pour déterminer la pureté d’un principe actif solide (domaine pharmaceutique), mettre en évidence le phénomène de polymorphisme pouvant affecter la stabilité et l’efficacité d’un médicament, ou calculer la masse molaire d’une macromolécule.

Responsable(s) du cours

, Nicolas Sbirrazzuoli

Présentiel

  • 37h de cours magistral
  • 26h de travaux dirigés
  • 15h de travaux pratiques

PREREQUIS

Avant le début du cours, je dois ...

OBJECTIFS

A la fin de ce cours, je devrais être capable de...
  • Appliquer les lois de déplacement des équilibres
  • Modéliser le comportement général des systèmes (gaz parfait, gaz réel, solutions idéales et solutions réelles)
  • Faire le lien entre aspects microscopiques et grandeurs macroscopiques.

CONTENU

  • Les états de la matière  couramment évoqués.

    Nécessité d’une autre définition des états de la matière.

  • Rappels de thermodynamique statistique

    Résultats de la théorie cinétique des gaz.

    Propriétés des fonctions thermodynamiques.

    Tables thermodynamiques.

    Coefficients de dilatation et de compressibilité.

    Exemples d’application du 1er principe en thermochimie :

    étude des réactions chimiques, procédés industriels, sécurité et emballement thermiques.

  • Aspects microscopique et macroscopique.

    Entropie, irréversibilité.

    Production d’entropie, force motrice de la réaction chimique.

  • Signification physique de G. Utilité en chimie.

    Critère d’évolution pour des transformations à P et T  constantes.

    Conditions d’équilibre.  

    Relation de Gibbs-Helmholtz.

    Potentiel chimique.

    Expression différentielle des fonctions d’état pour les systèmes ouverts.

    Fonctions thermodynamiques des gaz réels.

    Définition thermodynamique de la température et de la pression.

  • Lois de déplacement des équilibres, évolution d’un système hors équilibre.

    Produit de solubilité, coefficient de partage, rendement d’extraction dans le cas de solutions idéales et de solutions réelles (utilisation des coefficients d’activité).

    Diagrammes d’Ellingham.

  • Grandeurs molaires partielles. Relation de Gibbs-Duhem.

    Grandeurs de mélange. Propriété molaire apparente.

    Détermination des grandeurs molaires partielles.

    Enthalpie libre de réaction et avancement. Affinité chimique.

    Vitesse de réaction et relation avec la production d’entropie. 

  • Diagrammes de phases des corps purs.

    Equations de Clapeyron et de Clausius- Clapeyron.

    Relation d’Antoine (exemple d’application à la distillation sous pression réduite).

    Equilibres métastables, polymorphisme, (formes monotropes, énantiotropes), pseudopolymorphisme  (hydrates, solvates).

    Tension interfaciale.

    Applications au domaine pharmaceutique. 

  • Energie de Gibbs de mélange (mélange idéal, mélange réel).

    Interprétation microscopique.

    Lois de Raoult et de Henry.

    Ecarts à l’idéalité. Grandeurs d’excès. Mesures d’activités.

    Solutions régulières.

  • Détermination de la pureté thermodynamique (relation de van’t Hoff, extention aux solutions réelles, méthode de Schröder van Laar)

    Osmométrie. Application à la détermination des masses molaires

    des macromolécules.

  • Aucune description

  • Fonctions standard de formation des ions.

    Cellules électrochimiques. Loi de Nernst.

    Méthodes de détermination des coefficients d’activité.

  • Aucune description
  • Aucune description
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Important
Ce syllabus n’a aucune valeur contractuelle. Son contenu est susceptible d’évoluer en cours d’année : soyez attentifs aux dernières modifications.