Chapitre 4, partie 1

Question 1

L’énergie libre de Helmoltz correspond-il à la variable A ou G?

Answer 1

A

Question 2

L’énergie libre de Gibbs correspond-il à la variable A ou G?

Answer 2

G

Question 3

Dans l’énergie libre de Helmoltz (A), expliquez ce que signifie :

a) l’entropie de l’univers plus grande que 0;
b) l’entropie de l’univers égale à 0.

Answer 3

a) Lorsque l’entropie de l’univers est plus grande que 0, cela signifie que le processus est accompli spontanément, donc c’est irréversible;
b) Lorsque l’entropie de l’univers est égale à 0, cela signifie que le processus n’est pas accompli spontanément, donc c’est réversible.

Question 4

Pourquoi pouvons-nous dire que A est une fonction d’état thermodynamique?

Answer 4

Car elle est définie entièrement à partir de fonctions comme E, T et S et elle caractéristique du système.

Question 5

Est-il vrai que A (fonction d’état thermodynamique) ne dépend pas de la façon dont le système est opéré? C’est-à-dire si la réaction est réversible ou irréversible?

Answer 5

Oui c’est vrai, puisque A est une fonction d’état et est définie à partir de fonctions (E, T et S) et non de la façon dont le système est opéré.

Question 6

Pour un processus à V et T constants, dite si la différence d’énergie libre de Helmoltz (Δ A) sera plus petit, plus grand ou égal à 0:

a) pour une entropie d’univers plus grand que 0 (processus spontané);
b) pour une entropie d’univers égale à 0 (processus réversible).

Answer 6

a) La différence d’énergie libre de Helmoltz (Δ A) sera plus petite que 0;
b) La différence d’énergie libre de Helmoltz (Δ A) sera égale à 0.

Question 7

Est-ce que A est une quantité extensive? Expliquez.

Answer 7

Oui, elle est définie en therme de quantités extensives soit E et S.

Question 8

Expliquez pourquoi lorsqu’on connait A on connait aussi le travail maximal.

Answer 8

Parce que en changeant le ΔS de sa formule pour q/T, la formule sera maintenant : ΔA = ΔE - q qui est directement égal à W max.

Question 9

Quelle est la différence entre les composantes constantes de l’énergie libre de Helmoltz (A) et de l’énergie libre de Gibbs (G)?

Answer 9

L’énergie libre de Helmoltz (A) se déroule dans des conditions à T et V constants alors que l’énergie libre de Gibbs (G) se déroule dans des conditions à T et P constantes.

Question 10

Pourquoi pouvons-nous dire que G est une fonction d’état thermodynamique?

Answer 10

Car elle est définie entièrement à partir de fonctions comme H, T et S et elle caractéristique du système.

Question 11

Est-il vrai que G (fonction d’état thermodynamique) ne dépend pas de la façon dont le système est opéré? C’est-à-dire si la réaction est réversible ou irréversible?

Answer 11

Oui c’est vrai, puisque G est une fonction d’état et est définie à partir de fonctions (H, T et S) et non de la façon dont le système est opéré.

Question 12

Pour un processus à P et T constantes, dite si la différence d’énergie libre deGibbs (Δ G) sera plus petit, plus grand ou égal à 0:

a) pour une entropie d’univers plus grand que 0 (processus spontané);
b) pour une entropie d’univers égale à 0 (processus réversible).

Answer 12

a) La différence d’énergie libre de Gibbs (Δ G) sera plus petite que 0;
b) La différence d’énergie libre de Gibbs (Δ G) sera égale à 0.

Question 13

Est-ce que G est une quantité extensive? Expliquez.

Answer 13

Oui, elle est définie en therme de quantités extensives soit H et S.

Question 14

Quelles sont les unités de A et G?

Answer 14

Des joules.

Question 15

Expliquez pourquoi lorsqu’on connait G on connait aussi le travail maximal net.

Answer 15

Parce que G correspond au travail utile, ce qui exclut les changements de volume.

Question 16

Existe-t-il un équilibre entre eau liquide et glace? Si oui, en fonction de quoi cela est-il déterminé?

Answer 16

Oui en fonction de la température.

Question 17

Lorsque T = 273,15K existe-t-il une coexistence entre la glace et l’eau liquide?

Answer 17

Oui, les deux substances coexistent indéfiniment, car elles constituent un système à l’équilibre thermodynamique.

Question 18

Lorsque T = 273,15K, la glace et l’eau liquide coexistent, mais qu’advient-il du ΔG? Expliquez votre réponse.

Answer 18

ΔG = 0, car G est une quantité extensive et que le ΔG de la phase glace et le ΔG de la phase eau seront égaux et comme le Δ signifie “différence”, l’un - l’autre donnera un ΔG = 0.

Question 19

Lorsque T > 273,15 K, l’eau liquide est favorisée, la réaction sera-t-elle spontanée ou non?

Answer 19

La réaction sera spontanée puisque la phase du plus haut potentiel chimique (glace) sera porté à aller vers la phase avec un plus bas potentiel chimique (eau liquide), cela va continuer jusqu’à ce que la phase du plus haut potentiel chimique (glace) disparaisse complètement.

Question 20

Lorsque T < 273,15 K, la glace est favorisée, la réaction sera-t-elle spontanée ou non?

Answer 20

La réaction ne sera pas spontanée puisque le potentiel chimique de la glace est plus élevée que celle de l’eau liquide et que cela nécessitera de l’énergie pour la transformation eau liquide -> glace.

Question 21

Lorsque T > 273,15 K, la fusion de l’eau est spontanée, expliquez si le processus est gouverné entropiquement, enthalpiquement ou s’il est à l’équilibre.

Answer 21

Le ΔG < 0 et le ΔH > 0, donc l’apport est défavorable à l’énergie libre du phénomène parce que le ΔG est négatif. Dans ce processus, le ΔS > 0. À cause du ΔG négatif, le -TΔS doit être plus négatif que le ΔH qui est positif pour que le ΔG soit négatif. Puisque c’est le -TΔS qui dicte si le ΔG sera négatif ou non, nous pouvons conclure que le processus est gouverné entropiquement.

Question 22

Lorsque T = 273,15 K, l’eau liquide et la glace sont à un certain équilibre, expliquez si le processus est gouverné entropiquement, enthalpiquement ou s’il est à l’équilibre.

Answer 22

Le ΔG = 0 puisque le système est à l’équilibre, pour que cela soit possible, il faut que les termes ΔH et -TΔS en valeur absolue soit de même valeur pour que le ΔG puisse arriver à 0. Le processus est donc à l’équilibre thermodynamique.

Question 23

Lorsque T < 273,15 K, la cristallisation de l’eau est spontanée, expliquez si le processus est gouverné entropiquement, enthalpiquement ou s’il est à l’équilibre.

Answer 23

Le ΔG < 0 et le ΔH < 0 aussi, donc l’apport est favorable à l’énergie libre. Cependant, pour un changement d’eau liquide en glace, le ΔS < 0. Avec un -TΔS négatif, il faut que le terme ΔH soit plus négatif pour que le ΔG reste négatif. C’est donc la négativité plus prononcée du ΔH qui va dicter si le ΔG sera négatif ou non, nous pouvons donc conclure que le processus est gouverné est gouverné enthalpiquement.

Question 24

Lorsque ΔH° < 0 et ΔS° > 0, expliquez si la situation est gouvernée entropiquement, enthalpiquement, les deux à la fois ou aucun des deux. Parlez du ΔG dans ce cas.

Answer 24

Avec ΔH° < 0 et ΔS° > 0, le ΔG < 0. La réaction est donc favorisée à la fois entropiquement et enthalpiquement. La réaction est spontanée dans le sens réactifs -> produits.

Question 25

Lorsque ΔH° > 0 et ΔS° < 0, expliquez si la situation est gouvernée entropiquement, enthalpiquement, les deux à la fois ou aucun des deux. Parlez du ΔG dans ce cas.

Answer 25

Avec ΔH° > 0 et ΔS° < 0, le ΔG > 0. La réaction ne sera jamais favorisée ni entropiquement ni enthalpiquement. La réaction n’aura jamais lieu spontanément dans le sens réactifs -> produits.

Question 26

Lorsque ΔH° < 0 et ΔS° < 0, expliquez si la situation est gouvernée entropiquement, enthalpiquement, les deux à la fois ou aucun des deux. Parlez de l’impact de T dans ce cas.

Answer 26

Le sens de la réaction va dépendre des grandeur de ΔH° et de ΔS°. Elle sera spontanée seulement si, en valeur absolue, ΔH° > TΔS°. Cela veut donc dire que la réaction est gouvernée enthalpiquement puisque c’est ΔH° qui détermine la spontanéité de la réaction. La réaction peut être encore plus favorisée si T est diminuée, car cela va rendre le terme TΔS° encore plus petit.

Question 27

Lorsque ΔH° > 0 et ΔS° > 0, expliquez si la situation est gouvernée entropiquement, enthalpiquement, les deux à la fois ou aucun des deux. Parlez de l’impact de T dans ce cas.

Answer 27

Le sens de la réaction va dépendre des grandeur de ΔH° et de ΔS°. Elle sera spontanée seulement si, en valeur absolue, TΔS° > ΔH°. Cela veut donc dire que la réaction est gouvernée entropiquement puisque c’est TΔS° qui détermine la spontanéité de la réaction. La réaction peut être encore plus favorisée si T est augmentée, car cela va rendre le terme TΔS° encore plus grand.