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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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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)
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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 :
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le vocabulaire du domaine en insistant sur la notion d’état thermo-dynamique ;
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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 ;
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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 ;
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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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- Version archivée 1 de déc. 1984 par Jean-Pierre CORRIOU
- Version archivée 2 de févr. 2004 par Jean-Pierre CORRIOU
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3. Postulats de la thermodynamique
Un postulat est une loi qui ne se démontre pas et reste valide tant qu’elle n’est pas remise en cause par l’expérience.
3.1 Équilibre thermique et principe zéro
3.1.1 Définition empirique de la température
L’expérience quotidienne nous apprend que certains systèmes sont chauds et que d’autres sont froids. Ce que notre corps détecte intuitivement n’est pas la température mais les transferts de chaleur. Un objet est ressenti froid par un homme y apposant sa main lorsqu’un flux de chaleur circule de la main vers l’objet. Réciproquement, un objet est ressenti chaud lorsque le flux de chaleur s’écoule de l’objet vers la main.
En se fondant sur l’observation que la chaleur tend à passer des corps chauds vers les corps froids, il est possible de définir la grandeur d’état température. Pour un système donné, elle est d’autant plus élevée que le système est chaud et d’autant plus faible qu’il est froid.
HAUT DE PAGE3.1.2 Postulat initial : existence de la température et équilibre thermique
À la lumière des observations précédentes, il est possible de postuler les énoncés suivants.
Il existe une grandeur d’état, la température T telle que pour deux systèmes (1) et (2) diabatiques mis en contact direct :
-
si T 1 > T 2, le transfert thermique s’effectue du système (1) vers le système (2) ;
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si T 2 > T 1, le transfert thermique s’effectue du système (2) vers le système (1) ;
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si T 1 = T 2, il n’y a pas de transfert thermique entre les deux systèmes qui sont dits en équilibre thermique.
Cette température peut être mesurée par toute propriété dépendant de la température...
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Postulats de la thermodynamique
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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 and thermal...
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