Programme de formation

• Objectifs

  Objectif général

  • Comprendre la chimie physique comme description d'états et processus dans des systèmes chimiques

  GAZ

  • Connaître et comprendre les équations d'état pour le gaz parfait et les gaz réels
  • Comprendre le concept du gaz parfait, qui est le cheval de bataille de la thermodynamique
  • Comprendre la température comme mesure de l'énergie cinétique des particules d'un gaz
  • Savoir calculer des capacités calorifiques de molécules simples en phase gazeuse
  • Comprendre les équations virielles et l'équation de van der Waals
  • Savoir calculer la température critique et la température de Boyle sur la base de l'équation de van der Waals

  CHALEUR, TRAVAIL, ENERGIE INTERNE, ENTHALPIE, PREMIER PRINCIPE

  • Comprendre les notions: chaleur, travail, énergie interne et enthalpie, et savoir les utiliser
  • Comprendre l'énergie interne comme somme d'énergie cinétique et potentielle de toutes les particules
  • Connaître les formulations alternatives du premier principe de la thermodynamique et comprendre leur équivalence
  • Connaître et comprendre la notion de la réversibilité au sens de la thermodynamique
  • Calculer la variation des grandeurs thermodynamiques associées à la variation du volume isotherme ou adiabatique d'un gaz parfait

  THERMOCHIMIE

  • Connaître, comprendre et maîtriser les calculs thermochimiques
  • Connaître les définitions suivantes: enthalpie de formation, de liaison, de combustion, de dissolution, de réseau, de solvatation, énergie d'ionisation, affinité électronique
  • Savoir poser des équations pour de cycles thermochimiques (Born-Haber)
  • Comprendre et savoir calculer la variation d'une enthalpie de réaction suite à une variation de la température
  • Comprendre et savoir utiliser des méthodes d'incréments thermochimiques (Tables de Benson)

  ENTROPIE, DEUXIEME PRINCIPE, EQUILIBRE CHIMIQUE

  • Acquérir une compréhension qualitative de l'entropie
  • Connaître et comprendre la définition statistique de l'entropie
  • Connaître et comprendre la relation entre chaleur et entropie
  • Pouvoir calculer l'entropie standard d'une substance quelconque à une température quelconque
  • Comprendre la variation d'entropie comme critère pour juger de la spontanéité d'un processus
  • Calculer le rendement d'une machine chaleur/force et le degré d'efficacité d'une pompe à chaleur
  • Savoir calculer la variation d'entropie pour une réaction chimique (pour le système et l'environnement)
  • Comprendre l'inéquation de Clausius: processus réversibles/irréversibles, processus sans variation de la chaleur
  • Comprendre la variation de l'enthalpie libre de Gibbs comme équivalent à la variation de l'entropie dans l'univers
  • Pouvoir appliquer la variation de l'enthalpie libre de Gibbs comme critère pour juger de la spontanéité d'un processus
  • Connaître le potentiel chimique et son importance pour la prédiction des équilibres dans les systèmes chimiques
  • Connaître les grandeurs partielles molaires (V, H, S, G) et savoir comment elles sont expérimentalement déterminées
  • Savoir calculer le potentiel chimique des composants dans des mélanges idéaux
  • Connaître les états de référence et les états standards des substances contenues dans un mélange
  • Pouvoir décrire des équilibres grâce à la notion du potentiel chimique
  • Savoir calculer la température d'un équilibre de phase en fonction de la pression et vice versa (Clausius-Clapeyron)
  • Comprendre le concept des propriétés colligatives et savoir les appliquer
  • Connaître et comprendre la notion de l'enthalpie libre de Gibbs de réaction
  • Savoir calculer la constante d'équilibre sur la base des grandeurs thermodynamiques standards
  • Prédire l'influence de la pression et de la température sur la composition d'équilibre d'un système de réaction
  • Connaître et savoir appliquer des méthodes pour déterminer des constantes d'équilibres
• Contenu

  Introduction

  • Définition de la Chimie Physique
  • Structure du cours (thématiques et leurs interconnexions)

  Les gaz

  • Le gaz parfait
  • Les gaz réels
  • Chaleur, travail, énergie interne
  • Capacité calorifiques molaires
  • Fonctions d'état et leurs différentielles

  Le premier principe de la thermodynamique

  • Expansion du gaz parfait (reversible, irreversible, isothermal et adiabatique)
  • Thermochimie
  • Loi de Hess / Cycles thermochimiques
  • La method de Benson pour le calculer des enthalpies de formation
  • La loi de Kirchhoff

  Le deuxième principe de la thermodynamique - l'entropie

  • La question de la spontanéité de processus physiques
  • Définition statistique et thermodynamique de l'entropie
  • Application d'un bilan entropique sur une machine chaleur/force ou une pompe à chaleur

  L'enthalpie libre de Gibbs

  • Le potentiel chimique et son importance pour les équilibre de phase des substances pures
  • Solutions idéales et propriétés colligatives
  • Diagrammes de phases pour des mélanges idéaux et réels
  • L'équilibre chimique et l'enthalpie libre de Gibbs standard
  • Méthodes expérimentales pour la détermination de constantes d'équilibre

Forme d'enseignement et volume de travail

Spécification du cours

Modalités d'évaluation

• Contrôle continu: travaux écrits

Mode de calcul de la note de cours

Moyenne des notes du contrôle continu

Ouvrage de référence

Enseignant(s) et/ou coordinateur(s)

Olivier Nicolet