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L'enseignement de la thermodynamique implique des choix malaisés entre les différents concepts de base comme l'entropie, la température, la chaleur, etc.
Toute présentation cohérente de cet enseignement se doit de sélectionner, parmi ces concepts, un nombre minimum d'entre eux considérés comme fondamentaux et définis de manière axiomatique, les autres s'en déduisant logiquement. Bien que cet ouvrage soit tourné essentiellement vers les applications de la thermodynamique à la chimie, un soin tout particulier a été apporté à la cohérence de la présentation de ces concepts de base et, d'une façon générale, à l'amélioration de la compréhension des raisonnements d'usage courant en thermodynamique chimique. Cette démarche explicative s'appuie sur un choix délibéré : faire du concept de processus élémentaire, familier en chimie, le concept fondamental pour comprendre l'évolution d'un système macroscopique (composé d'un très grand nombre de particules).
La thermodynamique est ainsi présentée comme décrivant à l'échelle macroscopique l'ensemble des états dynamiques qu'un système peut parcourir. Le concept d'état s'identifie à l'ensemble minimum des grandeurs macroscopiques nécessaires pour préciser les propriétés instantanées et prévoir les propriétés ultérieures. À l'intérieur de l'espace de tous ces états, les états d'équilibre n'en constituent qu'une famille particulière. C'est dans ce cadre conceptuel très large, incluant la description des états hors d'équilibre, que sont présentés les principes fondamentaux. Les applications de ces principes fondamentaux sont traitées avec le même souci de rigueur dans le classement et l'explication des phénomènes étudiés. Sont soulignées en particulier quelques idées indispensables à la bonne compréhension de ces phénomènes :
- la disparité souvent très importante des temps caractéristiques d'évolution des différents processus et les approximations qui en résultent « adiabatique », « de l'équilibre local » « ou « de l'équilibre incomplet » ;
- les limites de l'approche purement thermodynamique et le rôle parfois incontournable des lois cinétiques ;
- la différence qualitative entre le traitement des systèmes monophasés et polyphasés pour la recherche des états d'équilibre et la distinction parfois subtile entre ces deux modèles ;
- le rôle essentiel joué par les tables thermodynamiques et les conventions admises pour les établir.
L'ouvrage est autocohérent. Le lecteur débutant peut ignorer toute notion thermodynamique intuitive qu'il aurait déjà rencontrée. Le lecteur averti, invité à repenser les concepts thermodynamiques, trouvera l'enrichissement parfois inattendu de l'enseignant qui prend plaisir à faire comprendre.
Sommaire :
BASES AXIOMATIQUES DE LA THERMODYNAMIQUE
Description d'un système thermodynamique
Premier et deuxième principe de la thermodynamique
Etats d'équilibre
Contraintes extérieures et potentiels thermodynamiques
Chaleur, travail, flux d'énergie chimique
Modélisation des processus dissipatifs
POTENTIEL CHIMIQUE ET EQUATION D'ETAT
Coefficients thermoélastiques et calorimétriques
Potentiel chimique d'un constituant dans un mélange
THERMODYNAMIQUE DES PROCESSUS CHIMIQUES
Modèles d'approche de 'équilibre chimique
Variation des grandeurs thermodynamiques
Déplacement d'un équilibre chimique
Diagrammes de phase
Grandeurs étalons et grandeurs standard de réaction