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Article

1 - DÉFINITIONS ET ÉLÉMENTS DE BASE

2 - CALCUL D’UNE GRANDEUR MOLAIRE PARTIELLE À PARTIR D’UNE GRANDEUR MOLAIRE TOTALE

3 - POSTULATS DE LA THERMODYNAMIQUE

4 - IDENTITÉS THERMODYNAMIQUES ET RELATIONS FONDAMENTALES

5 - LIEN ENTRE CRITÈRE D’ÉVOLUTION DES SYSTÈMES ET INSTABILITÉ THERMODYNAMIQUE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : J1025 v3

Calcul d’une grandeur molaire partielle à partir d’une grandeur molaire totale
Thermodynamique chimique - Définitions et relations fondamentales

Auteur(s) : Romain PRIVAT, Jean-Noël JAUBERT

Date de publication : 10 févr. 2022

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RÉSUMÉ

Cet article pose les bases de la thermodynamique chimique dont l’objet est de décrire les relations entre les propriétés de la matière. Plus particulièrement, le lecteur y trouvera décrit le formalisme de la discipline (définitions et description d’un système, de son état), les principes de la thermodynamique avec une attention particulière portée aux bilans d’énergie et d’entropie, les relations mathématiques permettant de relier entre elles les propriétés de la matière et les différentielles associées ainsi qu’une introduction aux équilibres thermodynamiques (de phases, chimiques et osmotiques).

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ABSTRACT

Chemical-engineering thermodynamics: definitions and fundamental laws

This article lays the foundations of chemical thermodynamics, the purpose of which is to describe the relationships between the properties of matter. More particularly, the reader will find a description of the formalism of this science (definitions and description of a system, of its state), the fundamental laws of thermodynamics with a particular attention paid to the energy and entropy balances, the mathematical relations enabling to link together the properties of matter and the associated differentials as well as an introduction to the thermodynamic equilibria (of phases, chemicals and osmotic).

Auteur(s)

  • Romain PRIVAT : Enseignant-chercheur à l’université de Lorraine, Nancy, France - École européenne d’ingénieurs en génie des matériaux (EEIGM) - École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC), Laboratoire réactions et génie des procédés (LRGP, UMR 7274)

  • Jean-Noël JAUBERT : Enseignant-chercheur à l’université de Lorraine, Nancy, France - École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC), Laboratoire réactions et génie des procédés (LRGP, UMR 7274)

INTRODUCTION

Par opposition à la thermodynamique énergétique, le terme « thermodynamique chimique » doit être interprété comme la part du vaste domaine de la thermodynamique consacrée à l’étude des propriétés de la matière et, en particulier, de ses propriétés énergétiques et de ses équilibres de phase.

Dans cet article, nous présentons les notions de base, définitions et relations fondamentales, en thermodynamique chimique et plus particulièrement :

  • le vocabulaire du domaine en insistant sur la notion d’état thermo-dynamique ;

  • les relations et méthodes mathématiques utiles pour exprimer les différentielles des grandeurs thermodynamiques, définir les grandeurs molaires partielles et les relier aux grandeurs molaires totales, relier entre elles les différentes propriétés de la matière ;

  • les postulats de la thermodynamique, du principe d’ordre zéro au 3e principe ; une attention particulière est portée à la définition de l’entropie et à son interprétation physique ;

  • la notion d’équilibre thermodynamique assortie de la présentation des critères d’instabilités mécanique et thermique locales.

Cet article a été construit de manière à fournir au lecteur toutes les notions préalables aux études thermodynamiques des procédés de l’industrie chimique ou de production d’énergie.

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KEYWORDS

enthalpy   |   chemical potential   |   first law   |   second law   |   Gibbs energy   |   entropy

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-j1025


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2. Calcul d’une grandeur molaire partielle à partir d’une grandeur molaire totale

2.1 Différentiation des fonctions de plusieurs variables : relations utiles en thermodynamique

Si f est une fonction des variables (x 1, x 2, ..., xn ) alors la différentielle totale df s’écrit :

( 18 )

Pour une fonction z à deux variables x et y, on obtient les relations suivantes liant les dérivées partielles :

( 19 )

Application aux équations d’état volumiques des corps purs explicites en pression : elles s’écrivent sous la forme de fonctions P (T, Vm ). En vertu de l’équation (19), il vient :

( 20 )

Le théorème de Schwartz fournit une relation entre les dérivées partielles secondes croisées :

Cette relation est souvent écrite de manière plus concise sous la forme :

( 21 )

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2.2 Règle de dérivation en chaîne,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PRAUSNITZ (J.M.), LICHTENTHALER (R.N.), de AZEVEDO (E.G.) -   Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria.  -  3rd ed., Prentice-Hall international series in the physical and chemical engineering sciences, Prentice Hall PTR : Upper Saddle River, N.J (1999).

  • (2) - O’CONNELL (J.P.), HAILE (J.M.) -   Thermodynamics : fundamentals for applications.  -  1. paperback ed. (with corr.)., Cambridge Univ. Press, Cambridge (2011).

  • (3) - PRIGOGINE (I.), DEFAY (R.) -   Chemical thermodynamics.  -  Longman, London (1973).

  • (4) - PITZER (K.S.) -   Thermodynamics.  -  3rd ed., McGraw-Hill series in advanced chemistry, McGraw-Hill, New York (1995).

  • (5) - SMITH (J.M.), VAN NESS (H.C.), ABBOTT (M.M.) -   Introduction to chemical engineering thermodynamics.  -  7. ed., International ed., McGraw-Hill chemical engineering series, McGraw-Hill, Boston, Mass. (2005).

  • ...

1 Annuaire

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1.1 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

Centre thermodynamique des procédés (Mines Paristech, Fontainebleau, France) : https://www.ctp.minesparis.psl.eu/

Équipe thermodynamique et énergie du LRGP (CNRS, université de Lorraine, Nancy, France) : https://lrgp-nancy.cnrs.fr/?page_id=1126

Équipe thermodynamique et interactions moléculaires de l’institut de chimie de Clermont-Ferrand (CNRS, université Clermont Auvergne, Clermont-Ferrand, France) : https://iccf.uca.fr

Laboratoire des fluides complexes et leurs réservoirs (CNRS, Total, université de Pau et des pays de l’Adour, Pau, France) : https://lfc.univ-pau.fr/

Center for energy resources engineering (DTU, Lyngsby, Danemark) : https://www.cere.dtu.dk/

Groupe de thermodynamique / modélisation moléculaire de l’IFPEN (Rueil-Malmaison, France) : https://www.ifpenergiesnouvelles.fr

Thermodynamics and transport phenomena laboratory (National Technical University of Athens, Athènes, Grèce) : http://ttpl.chemeng.ntua.gr

PATh group, CICECO – Aveiro Institute of Materials (university of Aveiro, Portugal) : http://path.web.ua.pt/

Institute of technical thermodynamics...

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