Pourquoi utiliser l’enthalpie plutôt que l’énergie interne ?

Enthalpie contre Énergie Interne : Pourquoi l’Enthalpie Règne en Maître en Chimie

Dans le monde complexe de la thermodynamique, l’énergie interne (U) et l’enthalpie (H) sont deux concepts cruciaux pour comprendre les échanges énergétiques lors des transformations physiques et chimiques. Si l’énergie interne représente l’énergie totale d’un système, incluant l’énergie cinétique et potentielle de ses particules, l’enthalpie, elle, s’avère un outil bien plus pratique et pertinent dans le contexte des réactions chimiques courantes. Cet article explore les raisons fondamentales pour lesquelles l’enthalpie supplante souvent l’énergie interne, en particulier dans le domaine de la chimie.

La Prédominance des Réactions à Pression Constante

La principale raison de la popularité de l’enthalpie réside dans la nature même des expériences et des processus chimiques que nous étudions. La grande majorité des réactions chimiques se déroulent dans des récipients ouverts à l’atmosphère, ce qui signifie qu’elles se déroulent à pression constante. Pensez à une simple réaction de neutralisation dans un bécher ouvert sur une paillasse : la pression atmosphérique reste constante tout au long de l’expérience.

L’énergie interne, quant à elle, est un concept plus général. Elle est utile dans des situations où le volume est constant, comme dans un calorimètre à volume constant (également appelé “bombe calorimétrique”). Dans ces conditions, le travail effectué par le système est nul, et la variation d’énergie interne est directement égale à la chaleur échangée. Cependant, ce type de conditions est moins fréquent dans la pratique quotidienne du chimiste.

L’Enthalpie : une Définition Adaptée au Contexte

L’enthalpie est définie comme :

H = U + PV

où :

• H est l’enthalpie
• U est l’énergie interne
• P est la pression
• V est le volume

Cette définition, apparemment simple, est la clé de son utilité. En intégrant la pression (P) et le volume (V), l’enthalpie prend en compte le travail effectué par le système contre la pression atmosphérique lors d’une expansion ou d’une contraction. En d’autres termes, elle inclut le travail de “poussée” ou “tirage” exercé sur l’environnement.

Lorsque l’on considère une réaction à pression constante, la variation d’enthalpie (ΔH) est égale à :

ΔH = ΔU + PΔV

Or, PΔV représente le travail effectué par le système contre la pression constante. Ainsi, la variation d’enthalpie correspond à la chaleur absorbée ou dégagée par le système à pression constante, souvent désignée par qp (chaleur à pression constante). En conséquence, ΔH = qp.

Simplification et Facilité d’Interprétation

Cette relation ΔH = qp simplifie considérablement l’analyse des réactions chimiques. Elle permet de lier directement la variation d’enthalpie à la chaleur mesurable échangée lors d’une réaction à pression constante. L’enthalpie, par conséquent, devient une mesure directe de la chaleur absorbée (réaction endothermique, ΔH > 0) ou dégagée (réaction exothermique, ΔH < 0) dans des conditions expérimentales typiques.

De plus, les tables de valeurs d’enthalpie de formation standard sont largement disponibles pour de nombreux composés. Ces tables permettent de calculer facilement la variation d’enthalpie d’une réaction en utilisant la loi de Hess, sans avoir à effectuer des mesures directes pour chaque réaction. Cela rend l’enthalpie un outil prédictif puissant.

En Conclusion

Bien que l’énergie interne soit un concept fondamental pour comprendre l’énergie d’un système, l’enthalpie se révèle un outil beaucoup plus pratique et adapté à l’étude des réactions chimiques courantes. Sa définition, incluant le terme PV, la rend particulièrement utile pour les réactions se déroulant à pression constante, ce qui est le cas de la majorité des réactions que l’on rencontre en chimie. L’enthalpie permet ainsi de mesurer et de prédire facilement les échanges de chaleur dans des conditions expérimentales réalistes, faisant d’elle un concept incontournable dans l’arsenal du chimiste.