Entropie et énergie libre : favorable ne veut pas dire rapide
La spontanéité thermodynamique dépend notamment de ΔH, ΔS et de la température via ΔG = ΔH − TΔS. Mais la cinétique répond à une autre question : à quelle vitesse la transformation se produit-elle ?
L’idée essentielle
La spontanéité thermodynamique dépend notamment de ΔH, ΔS et de la température via ΔG = ΔH − TΔS. Mais la cinétique répond à une autre question : à quelle vitesse la transformation se produit-elle ?
ΔG = ΔH − TΔS : que relie cette expression ?
ΔG, l’énergie libre de Gibbs, combine un terme énergétique ΔH et un terme lié à l’entropie ΔS, pondéré par la température absolue T. Elle aide à prévoir le sens thermodynamiquement favorable d’une transformation dans des conditions données.
Variation d’enthalpie : composante énergétique.
Variation d’entropie : liée au nombre de façons dont l’énergie et la matière peuvent se répartir.
Si ΔG < 0, la transformation est thermodynamiquement favorable dans les conditions considérées.
Avec ΔH en kJ·mol⁻¹ et ΔS en J·mol⁻¹·K⁻¹, il faut convertir ΔS en kJ avant d’utiliser ΔG = ΔH − TΔS.
Exemple
Une transformation peut avoir ΔG < 0 et rester très lente si la barrière d’activation est élevée.
Mini-problème
ΔG < 0 signifie-t-il qu’une réaction est instantanée ?
Voir la résolution
Non. Cela indique une direction thermodynamiquement favorable dans les conditions considérées, pas une vitesse élevée.
Erreur fréquente
Ne remplace pas le raisonnement par une règle apprise. Vérifie toujours la géométrie, les unités, les coefficients ou les hypothèses du modèle.
Exercice guidé
À 298 K, une transformation a ΔH = −20 kJ·mol⁻¹ et ΔS = −50 J·mol⁻¹·K⁻¹. Quel est approximativement ΔG ?
Voir la résolution détaillée
Convertis ΔS en kJ : −0,050 kJ·mol⁻¹·K⁻¹. Alors ΔG = −20 − 298×(−0,050) ≈ −5,1 kJ·mol⁻¹. La transformation est thermodynamiquement favorable dans ces conditions.
À ne pas faire
Attention aux unités : mélanger joules et kilojoules donne un résultat faux d’un facteur 1000.