Enthalpie libre de Gibbs, le moteur des réactions chimiques - Passe-science #59 

Nan c'est dla magie quantique! ☝️🤓

Oui c’est très intéressant, à noter que dans le cas d’une pile réversible, la variation de l’enthalpie libre dans une réaction d’oxydo-réduction régit notamment par la loi de Nerst n’est que le travail électrique

​​@@Le-Saage oui. Le plus interessant de tout ça, c'est que cette "loi" de variation de G (qui n'est qu'une consequence directe du 2nd principe de la thermo) est "prioritaire" devant celle disant que les charges de signe contraire s'attirent. Personne ne le remarque, sauf les spécialistes de l'électrochimie, et même eux ne le disent pas directement aussi clairement. Ils se plongent dans les calculs de potentiels électrochimiques et en déduisent une foule de choses, sans faire noter aux etudiants que tout vient du 2nd principe de la thermo. Cherchez sur Internet "pourquoi" (et non pas "comment") une pile marche, et vous ne verrez RIEN.

@@sergeh.3640 c'est vrai qu'on a tendance à beaucoup subir le fait de juste savoir calculer sans savoir d'où les choses sortent (ici c'est beaucoup plus profond que 2 charges contraires qui s'attirent). Je trouve qu'on nous laisse pas beaucoup rentrer dans les détails, sans beaucoup d'intuition et de connaissance en physique on est souvent assez limité ce qui est dommage. Surtout que ce second principe je dirais que c'est l'un des plus important dans le monde de la physique, il régit les réactions chimiques, permet de prédire pleins de choses, et même dans mes études dans le vivant, il est trop trop intéressant.

@@Le-Saage oui. Il y a peu de gens formés en thermodynamique en fait. C'est rarement une science enseignée en tant que telle. Elle est plutôt enseignée comme un "complémentaire" à un autre cours, comme un cours de chimie. J'avais fait un commentaire plus complet, mais censuré par youtube pour une raison qui m'échappe.

C'est une très bonne question (Et je me la suis posé aussi :P), j'ai pas encore bien fouillé mais j'ai quelques éléments de réponse. Dans la vidéo les choses sont simples car j'ai pris une réaction A -> B ou il y a autant de réactifs que de produits, c'est un réarrangement des atomes de la même molécule, les choses se compliquent si on a par exemple A->B+C, 2 produits pour une seule molécule de réactif, c'est plus délicat de représenter ce qui se passe sur les paysages d'énergie potentiel et d'entropie, côte énergie potentielle on a un point qui en devient 2, et côte entropie le faire d'avoir 2 points contribue à l'entropie via le "mélange" (on a plus de manière d'agencer 2 molécules qu'une seule), et on comprend bien que statistiquement c'est plus difficile d'avoir la rencontre de 2 molécules pour former A que d'avoir juste A et de la couper en deux. Autre élément de réponse c'est qu'il peut y avoir disparition des produits du milieux réactif, par exemple production d'un gaz (si la reaction était en solution) et donc la réaction inverse ne se produira pas si ce produit est parti dans l'environnement. Enfin il semble y avoir (je ne suis pas certain) des manières de stabiliser des molécules en les faisant réagir avec d'autres, bloquant les chemins par lesquels on est venus sur le paysage potentiel et nécessitant d'en emprunter d'autres avec des énergies d'activation plus hautes qu'à l'aller pour revenir. Voila voila.

Non, c'est la même chose : G ne décroit que parce que S (l'entropie) croît.

Merci beaucoup pour les encouragements !

Ne dis surtout pas que c'est une véritable mine d'or sinon le gouvernement va en profiter pour le taxer dessus! 😭😭😭

Conversion thermique possible. Vers 500°C, c'est assez rapide.

Oui. Tout part du 2nd principe de la thermo : l'entropie d'un système isolé ne peut que croître. Les potentiels thermodynamiques en sont la conséquence directe.

@@sergeh.3640 oui mais du coup je me demande de quelle manière est-ce que la vie qui absorbe l’énergie solaire qui arrive sur terre, amène une entropie plus basse que juste une roche nue qui absorberait cette énergie solaire.

@@w0tch pourquoi une entropie plus basse ?

@@sergeh.3640 plus haute pardon haha, j’avais démarré avec énergie potentielle plus basse dsl

@@w0tch l'énergie potentielle G plus basse d'un système non isolé, comme une réaction chimique à l'air libre ou votre pierre, c'est pour que l'entropie du (système non isolé + celle de son miliieu extérieur) soit plus haute. L'ensemble "systeme+son milieu exterieur" est un ensemble isolé. Pour un ensemble isolé, l'entropie de l'ensemble isolé doit augmenter, ce qui revient à diminuer G du système non isolé. Votre pierre n'est pas un système isolé. C'est l'ensemble "pierre+son milieu extérieur (qui englobe le soleil)" qui l'est. C'est l'ensemble qui voit son entropie augmnter (ou au mieux, rester égale). La pierre verra son énergie interne U augmenter, l'énergie interne U du soleil diminue, et l'entropie de l'ensemble isolé "pierre +soleil + tout le reste" augmente. Par ailleurs, la diminution de G d'un système non isolé ne correspond à une augmentation de l'entropie de l'ensemble (système + son milieu extérieur) que si la pression et la température du système sont maintenus constants tout au long du processus. C'est le milieu extérieur, modélisé comme un "réservoir" de pression et de température, et qui plus est considéré comme parfait (c-à-d en équilibre thermodynamique permanent : ne crée pas d'entropie interne en son sein) qui impose à la réaction de se dérouler à pression constante (pression atmosphérique), et à température constante (le milieu extérieur agit vomme un thermostat).

Hello, Si on considère une dizaine d'atomes et l'espace de configuration qui lui est associé, un point de cet espace de configuration place les dix atomes les uns par rapport aux autres. On peut explorer tout l'espace des positions du tuple constitué de ces dix atomes. Certains des points de cet espace de configuration correspondent à un agencement des atomes qui forment une molécule. Comme la position de chaque atome est un espace continu, l'espace des configurations lui-même est un espace continu. Avec une dizaine d'atomes, c'est un espace continu à une trentaine de dimensions puisqu'il y en a dix qui ont chacun trois coordonnées possibles. Un peu moins d'une trentaine parce que certaines configurations donnent la même position relative des atomes à une translation près. Mais grosso modo, c'est une trentaine. C'est un espace continu pour lequel en chaque point on peut définir une énergie potentielle qui varie aussi de manière continue puisqu'elle est définie par les positions relatives des atomes les uns par rapport aux autres. C'est plus clair ?

Je suis pas chimiste mais j'ai une autre explication, si on considère que l'espace des configurations d'une molécule est discret. Une solution est composée d'un très grand nombre de molécules (de l'ordre de 10^22 dans un litre d'eau). Chaque fois qu'une molécule change d'état, ça n'affecte que très peu les propriétés générales du système, et en particulier son énergie. Lorsque de petites variations locales n'ont que de minuscules effets globaux, il est souvent plus simple de considérer que le système est continu. C'est comme lorsque tu considères qu'un objet solide est continu alors qu'il est en fait composé d'un ensemble discontinu d'atomes. Je laisse ceux qui savent mieux me corriger si je me trompe.

@@PasseScience Oui, merci

Vous pouvez être plus précis et décrire une alternative que je comprenne bien votre remarque ?

@@PasseScience Alternative: ne pas regarder sans cesse la caméra, mettre sans cesse en premier l'objet du sujet traité, se mettre en encarté. Mais je dis ça j'ai rien dit, ce n'est pas moi qui pond l'œuf ! Je ne fais que le consommer.

@@JeanSarfati En fait, c'est une conséquence qui vient de l'utilisation d'un prompteur. Le prompteur est sur la caméra, donc on regarde le prompteur pour lire ce qu'on va dire. Pour éviter ça, il y a deux solutions. Soit avoir une seconde caméra et pouvoir changer de plan sur la même scène, soit avoir suffisamment de talent pour parler de manière fluide et spontanée, en disant tout ce qu'on voulait dire aussi précisément qu'on l'estime nécessaire. Et je n'ai ni l'une ni l'autre. :p

​@@PasseScience James Webb détecte la plus lointaine des galaxies jamais observée Le télescope spatial James Webb ne cesse de récolter des images et des données qui révolutionnent nos connaissances scientifiques sur l’Univers. Dernière prouesse : il a observé une galaxie qui existait à l’aube cosmique, 290 millions d’années après le Big Bang. aucun des modèles astrophysiques générés par des simulations informatiques. L’astrophysicienne Sylvie Vauclair, professeure émérite à l’Université de Toulouse s’interroge, « Cette galaxie est-elle une exception ? Est-elle la représentante d’une classe insoupçonnée de galaxies primordiales ? Sa grande luminosité correspond-elle à une évolution à long terme, ou sommes-nous par hasard en train d’observer un sursaut lumineux particulier, une période de formation intense d’étoiles par exemple ? Autant de questions qui ne pourront être résolues que par des recherches d’autres galaxies semblables, de futures observations statistiques ». Une découverte qui bouscule l’ensemble des idées actuelles sur la formation des galaxies Plusieurs hypothèses sont déjà émises dont la principale suppose une grande densité de l’Univers primitif. En attendant, cette découverte révolutionnaire bouscule l’ensemble des idées actuelles sur la formation des galaxies. « Au cours de l’évolution des connaissances scientifiques, s’enthousiasme Sylvie Vauclair, on se trouve parfois confronté à des découvertes exceptionnelles qui conduisent à des bifurcations de notre savoir. La découverte de la galaxie JADES-GS-z14-0 se situe au même niveau d’importance ». Et ce n’est pas tout, autre découverte fondamentale, les observations spectroscopiques ont montré la présence d’oxygène dans JADES-GS-z14-0. Comment comprendre ces traces d’oxygène puisque les éléments chimiques les plus répandus dans l’Univers, l’hydrogène et l’hélium, sont aussi les plus légers et les plus simples ? C’est seulement en fusionnant à l’intérieur des étoiles, et après de multiples générations d’étoiles, qu’ils finissent par produire des éléments chimiquement plus complexes dont l’oxygène. Trouver de l’oxygène dans cette galaxie du tout début de l’Univers, c’est comme « découvrir un smartphone dans les ruines archéologiques de la Rome antique !», selon l’astrophysicien Kevin Hainline, professeur associé à l’Université d’Arizona aux Etats-Unis. En effet il n’y avait pas d’oxygène dans la matière de l’Univers primordial, ni aucun autre élément lourd. « Cela prouve, explique Sylvie Vauclair, que des étoiles beaucoup plus massives que le Soleil ont existé très tôt et évolué en un temps record, suffisamment pour fabriquer dans leur cœur nucléaire les premiers éléments chimiques lourds, et pour les rejeter dans l’espace avant la formation de cette galaxie, qui s’en est emparée ». Le puissant télescope spatial n’a pas fini de nous surprendre… Si depuis plus de deux ans, l’astronomie multiplie les découvertes révolutionnaires, c’est grâce aux images de l’espace et aux données incroyables sur l’histoire des étoiles que ne cesse de récolter JWST lancé en décembre 2021. Cet observatoire, construit par les agences spatiales américaine (NASA), européenne (ESA) et canadienne (ASC), est posté à 1,5 million de kilomètres de la Terre afin d’explorer le tout jeune Univers. Pour capter la lumière émise par les objets célestes lointains, James Webb fonctionne dans l’infrarouge, un rayonnement électromagnétique de longueur d’onde invisible à l’œil nu mais qui peut traverser certaines zones poussiéreuses du ciel. Ce bijou d’ingénierie dispose notamment d’une caméra NIRCam qui peut déceler des étoiles ou des systèmes planétaires en formation et d’un spectromètre proche infrarouge NIRSpec, construit par des industriels européens, qui permet d’obtenir le spectre de plusieurs objets à la fois. Ainsi la galaxie JADES-GS-z14-0 avait-elle été détectée dès 2023 grâce à l’imageur NIRCam. Mais c’est un an plus tard, grâce au spectromètre NIRSpec, que sa distance a pu être établie. Comme le note Sylvie Vauclair, « JWST, avec ses capacités d’observations lointaines en infra-rouge, n’a pas fini de nous surprendre, de nous émerveiller et de nous interroger ! ». En effet, la mission de JWST doit durer une vingtaine d’années.

​@@PasseScience L'univers en rebond Résumé Et s’il y avait eu un «avant-big-bang» ? Un monde qui se serait effondré sur lui-même avant de rebondir et d’entrer de nouveau en expansion ? En faisant remonter l’espace-temps avant le fameux «point 0» - moment où le volume de l’univers est nul et sa densité ainsi que son énergie sont infinies -, Martin Bojowald montre dans ce livre passionnant que l’univers se comporte comme une balle, rebondissant indéfiniment dans une succession de cycles de contraction-expansion d’environ 14 milliards d’années. Le big-bang serait en réalité un big-bounce, un «grand rebond», transition entre un univers en effondrement et un univers en expansion. Conciliant physique quantique et relativité générale, Martin Bojowald retrace de façon claire le cheminement qui, de la théorie atomique aux dernières données de l’astrophysique, l’a conduit à formuler cette hypothèse, puis à en déduire un ensemble de réflexions sur l’univers et son avenir : si ces cycles reproduisent l’univers de façon identique, dans un éternel recommencement du zéro à l’infini et de l’infini au zéro, alors force est de conclure que notre univers aurait été précédé de son quasi-jumeau.

Si je me souviens bien, tout vient de l'énergie interne du système (le système pouvant être l'ensemble "Terre" + "objet qui tombe vers la Terre"): l'entropie d'un système mécanique pur (pas d'effet de la chaleur sur le système, pas de réaction chimique à considérer...) est constante (en particulier est nulle). Pour une entropie constante, l'énergie interne diminue lorsque le potentiel d'interaction (ici, le potentiel de gravitation) diminue.

L'énergie potentielle ca vient d'une sorte de convergence mathématique, en gros quand vous avez une force, un champ de force, et qu'il est "conservatif" c'est à dire que l'énergie qu'il transfère à un objet en le déplacement entre deux points ne dépend pas du trajet, alors vous pouvez du coup construire une notion d'énergie potentielle. (ie si vous vous déplacez sur le sol terrestre et que ca cause un certain changement d'une quantité qui ne dépend pas du trajet, de fait vous pouvez représenter une carte d"altitude")

L'enthalpie libre, pas l'énergie libre.

@@lolilollolilol7773, je crois que l’énergie libre de Gibbs et l’enthalpie libre de Gibbs sont des expressions équivalentes et toutes deux correctes. Curieusement, en anglais l’expression Gibbs free enthalpy ne semble presque jamais employée; on dit Gibbs free energy.

@@Diagnoc F est très peu utilisée en chimie.

@@tomassokol8460 , qu’est-ce que F?

@@Diagnoc Énergie libre F = U-TS. En chimie delta(U) et delta(H) sont toujours très proches et U n'est pas pratique, car çà correspond aux réactions à Volume constant, très rares.