Processus spontané et énergie libre de Gibbs

Dans cette section, nous allons voir que la spontanéité d’une réaction est liée à la valeur de l’énergie libre de Gibbs.

Si on considère le point de vue du système, l’énergie de Gibbs se résume sous la forme suivante :

Où DG = variation d’enthalpie libre [(k) J/mol] DH = variation d’enthalpie [(k) J/mol] T = température [K] DS = variation d’entropie [J/mol.K]

A partir de cette expression, on sait savoir si un processus est spontané ou non : Un processus est spontané (à pression et température constante) si sa variation d’enthalpie libre est négative.

On retrouve ce que l’on avait dit précédemment : un processus spontané induit une augmentation de l’entropie de l’univers.

On évalue toujours la spontanéité d’une réaction à une température donnée. C’est pourquoi, seul T apparait dans l’expression et non unDT .

Imaginons une réaction endothermique (qui a besoin d’énergie pour se produire) et que nous voudrions connaitre la température particulière où celle-ci devient spontanée. Pour répondre à cette question, nous pouvons utiliser la loi que nous venons de voir.

La réaction devient spontanée lorsque le DG passe d’une valeur positive à une valeur négative. On va donc considérer un DG nul.

L’expression de la température que l’on trouve est celle dite de la « température d’inversion de la réaction ».

Nous venons donc de voir que la spontanéité d’une réaction est liée à la valeur de l’énergie libre de Gibbs. Celle-ci est une combinaison des deux grandeurs vues au sous-chapitre précédent : l’Entropie et l’Enthalpie. C’est donc celles –ci qui vont influencer indirectement la spontanéité du processus.

Le premier et le dernier cas sont triviaux et ne nécessite pas plus d’explications. Pour le 2e, on considère une réaction endothermique (variation d’enthalpie positive) et une augmentation d’entropie. Le paramètre enthalpique est défavorable mais le paramètre entropique est favorable. Ainsi, si DH est plus petit que le termeTDS , la réaction sera spontanée. Pour respecter cette condition, on va réaliser cette réaction à température élevée afin d’augmenter la valeur du termeTDS .

Pour le 3e cas, c’est l’inverse. Nous avons une réaction exothermique mais avec une chute de l’entropie. Ainsi, le terme TDS doit être plus petit que le DH pour que la réaction se déroule. On va donc effectuer cette réaction à faible température.