Un peu de chimie

Energie

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  1.  L'énergie est un concept très largement utilisé en sciences ( chimie, physique, géologie, biologie...).
  2. Ne soyez pas triste si vous ne vous parvenez pas à définir cet "être". D'autres ont tenté sans y parvenir.
  3. Une très bonne (in)définition est celle de Richard Feynman, Prix Nobel. Lors d'une conférence 1961, pour les étudiants de premier cycle de l'Institut de technologie de Californie, il déclara ceci à propos du concept de l'énergie:  

     "C'est un fait, ou si vous préférez, une loi régissant les phénomènes naturels qui sont connus à ce jour. Il n'y a pas d'exception connue à cette loi; elle est exacte, pour autant que nous le sachions. La loi est appelée conservation de l'énergie, elle affirme qu'il existe une certaine quantité, que nous appelons l'énergie, qui ne se modifie pas dans les multiples changements que subit la nature. C'est une idée très abstraite, parce que c'est un principe mathématique; cette loi dit qu'il y a une quantité numérique, qui ne change pas lorsque quelque chose se passe. Ce n'est pas une description d'un mécanisme, ou quelque chose de concret, c'est juste un fait étrange dont on peut calculer un nombre et, après que la nature ait fait des détours, on observe le même nombre."
     
  4. En chimie, l'énergie chimique est le pouvoir qu'a la substance chimique de subir une transformation à travers une réaction chimique ou d'être transformée en une autre substance chimique.  
  5. Briser ou créer des liaisons chimiques implique de l'énergie qui peut être ou absorbée ou émise dans une réaction chimique.
  6. L'énergie interne d'un état donné d'un système ne peut pas être mesurée directement.
    1. Elle est déterminée par calcul le long d'un chemin du processus thermodynamique par lequel on peut atteindre l'état donné préalablement préparé commençant par un état de référence qui est habituellement attribué par une valeur de référence pour son énergie interne.
    2. Une telle chaîne, ou le chemin, peut être décrite théoriquement par certaines variables d'état étendues au système, à savoir, son entropie, S, son volume, V, et ses nombres de particules,  Nj. L'énergie interne, U (S, V,} {Nj), est une fonction de ceux-ci.
    3. Parfois, on joint à cette liste d'autres variables d'état, le moment dipolaire électrique par exemple.
  7. Pour des considérations pratiques en thermodynamique et en ingénierie, il est rarement nécessaire ou commode de considérer toutes les énergies appartenant à l'énergie intrinsèque totale d'un système, tels que l'énergie donnée par l'équivalence de la masse.
  8. Typiquement, les descriptions ne comprennent que les composants importants du système et des processus à l'étude.
  9. La thermodynamique ne concerne principalement que les modifications de l'énergie interne.
  10. Dans les hypothèses d'Einstein, l'énergie et la masse sont analogues.
    1. C'est-à-dire que la masse peut tout simplement s'exprimer en termes d'énergie et vice-versa.
    2. En conséquence, il n'y a que deux moyens connus de transférer l'énergie; ce sont les particules et les ondes.
    3. Par exemple, la lumière peut être exprimée en particules et en ondes.
    4. Ce paradoxe est connu comme le paradoxe de la dualité onde-particule.
    5. Selon le travail d'Albert Einstein, Louis de Brioglie et beaucoup d'autres, la théorie scientifique courante prétend que toutes les particules ont aussi une nature ondulatoire.
    6. Ce phénomène a été vérifié non seulement pour les particules élémentaires mais aussi pour les particules composites comme les atomes et même les molécules.
    7. En fait, selon les formulations traditionnelles de la mécanique quantique non relativiste, la dualité onde-particule s'applique à tous les objets même macroscopiques; les propriétés ondulatoires des objets macroscopiques ne peuvent pas être détectées à cause de leurs très courtes longueurs d'onde.
  11. Les interactions entre les particules ont été étudiées durant de nombreux siècles et peu de lois simples ont étayé le comportement des particules dans les collisions et les interactions.
    1. Les plus importantes de ces lois furent les lois de conservation de l'énergie et de conservation du moment qui nous permettent de faire des calculs d'interaction de particules dans une échelle de grandeur qui va des étoiles aux quarks.
    2. Ce sont les lois fondamentales de la mécanique de Newton, une série d'hypothèses et d'équations publiées initialement en 1687 dans Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
  12. L'énergie interne est une fonction d'état d'un système, car sa valeur ne dépend que de l'état actuel du système et non du chemin parcouru pour y parvenir.
  13. Il s' agit d'une quantité extensive.
  14. C'est le potentiel thermodynamique le plus important.
    1. Grâce à elle, par l'utilisation de transformations de Legendre, on construit mathématiquement les autres potentiels thermodynamiques qui  sont des fonctions de variables où des variables extensives sont remplacés par leurs variables conjuguées intensives.
    2. La transformation de Legendre est nécessaire parce que la simple substitution de variables extensives par des variables intensives ne conduit pas à des potentiels thermodynamiques.
  15. L'autre fonction importante de l'état d'un système thermodynamique est son entropie, S (U, V, {Nj}), dont la correspondance est remplacée par l'énergie interne, U.
  16. Bien que ce soit une quantité macroscopique, l'énergie interne peut être expliquée en termes microscopiques par deux composants virtuels théoriques.
    1. L'un est l'énergie cinétique microscopique due au mouvement des particules microscopiques du système (translations, rotations, vibrations).
    2. L'autre est l'énergie potentielle associée aux forces microscopiques, dont les liaisons chimiques entre les particules, et à l'énergie de masse statique des constituants de la matière.
      Il n'y a aucune relation universelle simple entre ces quantités d'énergie microscopique et les quantités d'énergie gagnée ou perdue par le système par le travail, la chaleur ou le transfert de matière.
  17. Les dimensions de l'énergie sont : masse x (longueur)2 x (temps)-2
  18. Son unité CGS est  le erg, et  son unité MKS est le joule.   1 joule = 107 erg
  19. Équivalent mécanique de la chaleur:
    Quand une quantité d'énergie sous n'importe qu'elle forme est convertie en chaleur, un nombre défini de calories est produit : 1 calorie = 4,1840 joules