Composant (thermodynamique) - Component (thermodynamics)

En thermodynamique , un composant fait partie d'un ensemble de constituants chimiquement indépendants d'un système . Le nombre de composants représente le nombre minimum d' espèces indépendantes nécessaires pour définir la composition de toutes les phases du système.

Le calcul du nombre de composants dans un système est nécessaire lors de l'application de la règle de phase de Gibbs pour déterminer le nombre de degrés de liberté d'un système.

Le nombre de composants est égal au nombre d'espèces chimiques distinctes (constituants), moins le nombre de réactions chimiques entre eux, moins le nombre de contraintes (comme la neutralité de charge ou l'équilibre des quantités molaires).

Calcul

Supposons qu'un système chimique comporte M éléments et N espèces chimiques (éléments ou composés). Ces derniers sont des combinaisons des premiers, et chaque espèce A i peut être représentée comme une somme d'éléments:

où E j est le symbole de l' élément j et a ij sont les composantes d'un N x M matrice . Chaque espèce est déterminée par un vecteur (une ligne de cette matrice), mais les lignes ne sont pas nécessairement linéairement indépendantes . Si le rang de la matrice est C , alors il y a C vecteurs linéairement indépendants, et les vecteurs NC restants peuvent être obtenus en additionnant des multiples de ces vecteurs. Les espèces chimiques représentées par ces vecteurs C sont des composants du système.

Si, par exemple, les espèces sont C (sous forme de graphite ), CO 2 et CO, alors

Puisque CO peut être exprimé comme CO = (1/2) C + (1/2) CO 2 , il n'est pas indépendant et C et CO peuvent être choisis comme composants du système.

Les vecteurs peuvent être dépendants de deux manières. La première est que certaines paires d'éléments apparaissent toujours dans le même rapport dans chaque espèce. Un exemple est une série de polymères qui sont composés de différents nombres d'unités identiques. Le nombre de ces contraintes est donnée par Z . De plus, certaines combinaisons d'éléments peuvent être interdites par la cinétique chimique. Si le nombre de ces contraintes est R ' , alors

De manière équivalente, si R est le nombre de réactions indépendantes qui peuvent avoir lieu, alors

Les constantes sont liées par N - M = R + R ' .

Exemples

Système CaCO 3 - CaO - CO 2

Ceci est un exemple de système à plusieurs phases, qui aux températures ordinaires sont deux solides et un gaz. Il existe trois espèces chimiques (CaCO 3 , CaO et CO 2 ) et une réaction:

CaCO 3 ⇌ CaO + CO 2 .

Le nombre de composants est alors 3 - 1 = 2.

Eau - Hydrogène - Oxygène

Les réactions incluses dans le calcul sont uniquement celles qui se produisent réellement dans les conditions données, et non celles qui pourraient se produire dans des conditions différentes telles qu'une température plus élevée ou la présence d'un catalyseur. Par exemple, la dissociation de l'eau en ses éléments ne se produit pas à température ordinaire, de sorte qu'un système d'eau, d'hydrogène et d'oxygène à 25 ° C comporte 3 composants indépendants.

Les références

  1. ^ A b c Peter Atkins et Julio de Paula, "Physical Chemistry" 8ème édition (WH Freeman 2006), p.175-176
  2. ^ un b Zeggeren, F. van; Storey, SH (2011). Le calcul des équilibres chimiques (1er pbk. Ed.). La presse de l'Universite de Cambridge. pp. 15–18. ISBN 9780521172257.
  3. ^ un b Zhao, Muyu; Wang, Zichen; Xiao, Liangzhi (juillet 1992). "Déterminer le nombre de composants indépendants par la méthode de Brinkley". Journal of Chemical Education . 69 (7): 539. doi : 10.1021 / ed069p539 .