Enthalpy

L’enthalpie est l’énergie totale d’un système thermodynamique. Lors d’un changement de phase qui peut être une fusion, une sublimation, une cristallisation et une évaporation mais également lors d’un changement de phases solide-solide (transformation de structures polymorphes), de l’énergie est échangée avec son environnement sous forme de chaleur et/ou de travail et l’enthalpie de ce système change. Si de l’énergie est absorbée de l’environnement, il s’agit d’un procédé endothermique, le cas contraire, on parle d’un procédé exothermique.

Les réactions chimiques et les dissolutions peuvent avoir un caractère exothermique ou endothermique pendant que la fusion, l’évaporation et la sublimation sont toujours endothermiques. Les procédés inverses (cristallisation, condensation, etc.) sont exothermiques.

Définition scientifique

L’énergie totale d’un système thermodynamique est appelée enthalpie H. Elle est la somme de l’énergie interne U et le produit du volume V et de la pression p et donc une fonction d’état:

H = U + pV

A pression constante, l’enthalpie correspond à l’énergie transférée sous forme de chaleur et/ou de travail autre que volumique.

L’unité de mesure de l’enthalpie est le Joule. Pour des réactions chimiques on utilise l’unité J/mol.

Méthodes d’analyse

Seulement des changements d’enthalpies peuvent être mesurés. Ceci peut se faire à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC; anglais: differential scanning calorimetry).

Deux techniques de DSC sont connues: la méthode du flux de chaleur et la technique à compensation de puissance.

Dans des instruments travaillant d’après la méthode du flux de chaleur, qui est la méthode la plus couramment utilisée, l’échantillon et une référence (un matériau inerte ne subissons pas de transformation dans l’intervalle de température analysé) se trouvent dans un seul four et la différence de leurs températures est mesurée. Lors de l’absorption ou d’un dégagement d’énergie, cette différence changera brusquement. La surface de ce pic est proportionnelle à l’enthalpie (à pression constante) si les conditions expérimentales permettent la quantification des flux de chaleurs. La surface des pics est calibrée en analysant les enthalpies de fusion d’échantillons standard (In, Sn, Zn, Pb, etc.).

Dans un appareil travaillant d’après le principe de la compensation d’énergie, l’échantillon et la référence se trouvent dans deux fours distincts dont leurs températures sont maintenues (presque) identiques. La différence d’énergie électrique utilisée pour chauffer les fours correspond à l’enthalpie. Cette technique est utilisée que rarement. La technique DSC permet également de mesurer la chaleur spécifique Cp. Des informations détaillées concernant cette technique se trouve dans le chapitre dédié.