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Enthalpie libre et spontanéité : guide d’étude

Idées clés

L’enthalpie libre combine enthalpie et entropie en un seul critère de spontanéité. Un processus est spontané à une température donnée quand ΔG est négative, et ΔG° est directement liée à la constante d’équilibre.

  • ΔG = ΔH − TΔS, avec T en kelvins. ΔG < 0 signifie spontané, ΔG > 0 non spontané et ΔG = 0 équilibre.
  • Les quatre combinaisons de signes : ΔH < 0 et ΔS > 0 toujours spontané, ΔH > 0 et ΔS < 0 jamais, et les deux autres dépendent de la température.
  • Là où le signe change, T = ΔH ÷ ΔS. Gardez ΔH en joules ou ΔS en kJ pour que les unités concordent.
  • ΔG° = −RT ln K, donc une ΔG° négative signifie K > 1 et que les produits sont favorisés à l’équilibre.

Équations clés

  • ΔG = ΔH − TΔS
  • ΔG° = −RT ln K
  • ΔS_surr = −ΔH ÷ T
  • ΔS_total = ΔS_sys + ΔS_surr
  • T_switch = ΔH ÷ ΔS

Exemple résolu

Un processus a ΔH = +40 kJ/mol et ΔS = +100 J/(mol·K). À 298 K, ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol, donc il n’est pas spontané. Il le devient au-dessus de T = 40 000 ÷ 100 = 400 K. Pour une réaction avec ΔG° = −10,0 kJ/mol à 298 K, ln K = 10 000 ÷ (8,314 × 298) = 4,04, donc K ≈ 57.

Erreurs fréquentes

  • Mélanger des kJ pour ΔH et des J pour ΔS dans la même formule.
  • Utiliser des °C au lieu de kelvins pour T.
  • Lire ΔG° < 0 comme si la réaction était rapide. L’enthalpie libre ne dit rien de la vitesse.

Pratique

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