( États de la matière et leur caractérisation ) Échanges de chaleur – Capacité calorifique
Sommaire
1. Echanges de chaleur
2. La calorimétrie (Q = m c deltaT)
Définition
La calorimétrie permet de déterminer expérimentalement les quantités de chaleur en cause lors d'une transformation.
La loi de la conservation d'énergie stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. Elle change plutôt de forme indéfiniment, car elle se transforme au gré des transferts d'énergie. En chimie, les transferts d'énergie s'effectuent généralement sous forme d'un dégagement ou d'une absorption de chaleur. Deux principes sont importants en calorimétrie :
- Lors d'un transfert, la chaleur se déplace toujours du plus chaud au plus froid.
- Pour mesurer l'énergie impliquée, il est nécessaire d'utiliser un système isolé.
Le calorimètre
Définition
Un calorimètre est un système isolé qui permet de prendre les mesures nécessaires pour effectuer des calculs de calorimétrie.
Afin de déterminer expérimentalement les quantités d'énergie transférées au cours d'une transformation, on se sert d'un calorimètre. Selon le type de transformation étudié, plusieurs types de calorimètre existent. La transformation s'effectue dans le réservoir du calorimètre, directement dans l'eau, lorsqu'il s'agit d'une réaction se déroulant en milieu aqueux. Dans les autres cas, on utilisera plutôt une bombe calorimétrique qui permettra, par exemple, de déterminer l'énergie impliquée dans une réaction de combustion.
Exemple
À gauche : schéma d'un calorimètre qui permet d'étudier une réaction se déroulant en milieu aqueux (1-thermomètre; 2-agitateur; 3-couvercle; 4-paroi interne du calorimètre; 5-paroi externe du calorimètre; 6-pieds isolants). À droite: schéma d'un calorimètre à bombe calorimétrique qui permet d'étudier une réaction se déroulant à l'air ambiant.
Après avoir ajouté les substances dans le calorimètre et avoir refermé hermétiquement ce dernier, l'agitation thermique des particules impliquées dans la réaction peut se transmettre à l'eau du calorimètre. Ainsi, pendant la réaction, on mesure la température de l'eau. Si la réaction chimique dégage de la chaleur, la température de l'eau monte. Par contre, s'il s'agit d'une réaction endothermique, l'eau se refroidit, car elle transmet une partie de son énergie thermique à la réaction. Cette mesure de variation de température dans un système isolé permettra de déterminer l'énergie impliquée dans le transfert par la formule Q=m·c·ΔT.
En laboratoire, une façon simple de construire un calorimètre est d'utiliser deux verres de polystyrène superposés, un couvercle de plastique et un thermomètre. Le polystyrène offre l'avantage d'être un matériau qui participe très peu aux échanges thermiques. Ainsi, le matériau du calorimètre n'influence pas les transferts de chaleur et on peut considérer que les échanges thermiques sont entièrement effectués avec l'eau du calorimètre.
En collaboration avec alloprof