Cours sur l'entropie et les équilibres

Leçon 1 • Processus réversibles et irréversibles

Distingue les processus réversibles des processus irréversibles à l'aide d'exemples idéalisés. Prépare les étudiants à l'analyse de l'entropie dans les chapitres ultérieurs.

Leçon 2 • Formes d'énergie et premier principe

Couvre l'énergie interne, la chaleur et le travail comme modes de transfert d'énergie. Applique le premier principe pour calculer les variations d'énergie dans des systèmes fermés.

Leçon 3 • Variables d'état et propriétés

Présente les propriétés intensives et extensives ainsi que les fonctions d'état. Relie les définitions des propriétés aux grandeurs physiques mesurables.

Leçon 4 • Systèmes, frontières et milieu environnant

Définit les systèmes ouverts, fermés et isolés ainsi que leurs frontières. Établit le vocabulaire nécessaire à toute analyse thermodynamique ultérieure.

Leçon 1 • Troisième principe et entropie absolue

Énonce le troisième principe et définit l'entropie absolue référencée au zéro kelvin. Permet l'utilisation des tables d'entropie molaire standard dans les calculs de réaction.

Leçon 2 • Deuxième principe de la thermodynamique

Présente le deuxième principe à travers les énoncés de Kelvin-Planck et de Clausius. Établit l'entropie comme la grandeur centrale régissant la direction des processus.

Leçon 3 • Entropie des transitions de phase

Calcule les variations d'entropie pour la fusion, la vaporisation et la sublimation. Présente la règle de Trouton comme outil d'estimation pratique.

Leçon 4 • L'entropie comme fonction d'état

Dérive l'entropie à partir de l'inégalité de Clausius et prouve son caractère de fonction d'état. Relie la définition mathématique à l'intuition physique.

Leçon 1 • Entropie configurationnelle et entropie thermique

Sépare les contributions à l'entropie provenant du désordre positionnel et du mouvement thermique. Applique cette distinction aux solides, aux liquides et aux gaz.

Leçon 2 • Entropie de mélange

Calcule l'entropie de mélange pour les gaz parfaits et les solutions idéales. Explique pourquoi le mélange spontané se produit sans apport d'énergie.

Leçon 3 • Micro-états et macro-états

Définit les micro-états et les macro-états ainsi que leur relation avec la probabilité thermodynamique. Ancre la mécanique statistique dans le comportement thermodynamique observable.

Leçon 4 • Théorie de l'information et entropie

Présente l'entropie de Shannon et son analogie formelle avec l'entropie thermodynamique. Élargit la boîte à outils conceptuelle des étudiants pour interpréter le désordre.

Leçon 1 • Combinaison de l'entropie et de l'enthalpie

Présente les critères de Gibbs et de Helmholtz en combinant les résultats des premier et deuxième principes. Établit le concept de force motrice thermodynamique.

Leçon 2 • Relations de Maxwell et identités thermodynamiques

Dérive les relations de Maxwell à partir des quatre potentiels thermodynamiques. Les utilise pour relier des grandeurs non mesurables à des grandeurs mesurables.

Leçon 3 • Énergie libre de Helmholtz

Définit A = U - TS et identifie son rôle dans les processus à volume constant. Compare les fonctions de Helmholtz et de Gibbs pour différentes contraintes.

Leçon 4 • Énergie libre de Gibbs en profondeur

Dérive G = H - TS et explore sa dépendance à la température et à la pression. Relie G au travail maximal autre que de détente.

Leçon 1 • Expressions de la constante d'équilibre

Dérive K à partir de l'énergie de Gibbs standard et écrit des expressions pour les gaz et les solutions. Distingue Kp, Kc et Ka pour différents types de systèmes.

Leçon 2 • Dépendance de K à la température

Applique l'équation de van't Hoff pour prédire K à différentes températures. Relie l'enthalpie de réaction à la direction du changement de K.

Leçon 3 • Potentiel chimique et activité

Définit le potentiel chimique comme l'énergie de Gibbs molaire partielle et introduit l'activité. Relie le potentiel chimique à la composition pour les systèmes idéaux et non idéaux.

Leçon 4 • Énergie de Gibbs de réaction et équilibre

Dérive l'énergie de Gibbs de réaction et la condition d'équilibre. Relie le minimum de G à la composition à l'équilibre.

Leçon 1 • Diagrammes de phases binaires

Présente les diagrammes de phases liquide-vapeur et solide-liquide pour les systèmes à deux composants. Applique la règle du levier pour déterminer les compositions et les quantités des phases.

Leçon 2 • Équation de Clausius-Clapeyron

Dérive et applique l'équation de Clausius-Clapeyron aux courbes de pression de vapeur. Calcule l'enthalpie de vaporisation à partir des données de pression de vapeur.

Leçon 3 • Règle des phases de Gibbs

Dérive F = C - P + 2 et l'applique aux systèmes à un ou plusieurs composants. Permet la détermination des degrés de liberté dans tout système de phases.

Leçon 4 • Conditions d'équilibre des phases

Dérive l'égalité des potentiels chimiques entre les phases comme critère d'équilibre. Relie la stabilité des phases au principe de l'énergie de Gibbs minimale.

Leçon 1 • Potentiel chimique dans les solutions

Exprime le potentiel chimique du solvant et du soluté en fonction de l'activité. Relie la composition de la solution aux forces motrices thermodynamiques.

Leçon 2 • Propriétés colligatives

Dérive l'élévation du point d'ébullition, l'abaissement du point de congélation et la pression osmotique. Applique les équations des propriétés colligatives pour déterminer les masses molaires.

Leçon 3 • Solutions idéales et non idéales

Définit les lois de Raoult et de Henry ainsi que leurs domaines de validité. Distingue le comportement des solutions idéales de celui des solutions non idéales à l'aide des coefficients d'activité.

Leçon 4 • Équilibres de solubilité et de partage

Applique l'égalité des potentiels chimiques aux équilibres solide-liquide et liquide-liquide. Prédit les tendances de solubilité et les coefficients de partage à partir de données thermodynamiques.

Leçon 1 • Structures dissipatives et systèmes loin de l'équilibre

Présente les structures dissipatives de Prigogine et l'auto-organisation loin de l'équilibre. Relie la production d'entropie à la formation de motifs dans les systèmes ouverts.

Leçon 2 • Réactions couplées et équilibres biochimiques

Analyse les réactions thermodynamiquement défavorables entraînées par couplage à des réactions favorables. Applique le couplage d'énergie libre aux processus métaboliques et industriels.

Leçon 3 • Équilibres électrochimiques

Relie le potentiel de cellule à l'énergie de Gibbs et dérive l'équation de Nernst. Calcule les constantes d'équilibre à partir des potentiels standards d'électrode.

Leçon 4 • Relations d'Onsager et thermodynamique linéaire irréversible

Présente les relations de réciprocité d'Onsager pour les flux irréversibles couplés. Applique la thermodynamique linéaire irréversible à la diffusion, au flux de chaleur et aux effets thermoélectriques.

Leçon 5 • Équilibres simultanés

Résout des systèmes avec plusieurs équilibres couplés à l'aide de méthodes algébriques et numériques. S'applique aux équilibres acido-basiques, de complexation et de précipitation.