Cours de propriété physico-chimique de la matière (bac +3)

Pages: 33 (8033 mots) Publié le: 12 août 2011
Introduction
Avant-propos Ce cours qui fait partie pour vous d’une UE dite de « culture générale » a pour objectif de vous apporter des éléments de compréhension sur la matière solide (condensée de façon plus générale). En particulier, on tentera de vous apporter des éléments de réponse aux questions suivantes : De quoi est-elle constituée ? (les atomes et leurs propriétés propres) Commentassure-t-elle sa cohésion ? (la liaison chimique, physique) de quelle manière se structure-t-elle ? (états cristallins, amorphes) Quelle différence entre la représentation parfaite et ce que nous « dit » la mesure des propriétés ? (les différents types de défauts) Comment évolue la matière solide avec les variations de température, de pression par exemple ? (thermodynamique des transitions de phase)Comment « communique »1-t-elle avec son environnement ? (la surface, les interfaces) Le solide : une matière figée ? (diffusion de matière) Comment transporte-t-elle la chaleur et les électrons ? (propriétés thermique et électrique) Vous pourriez comprendre à la lecture de ce plan que nous n’évoquerons pas les aspects mécaniques qui vous sont chers ! Cela n’est pas vrai car notre but est bien devous éclairer sur tous ces points en insistant sur les liens qui existent entre tous ces niveaux de description, toutes ces propriétés et les propriétés mécaniques. En effet, il convient pour un mécanicien dont l’objet quotidien d’étude est « le Matériau » de connaitre quelques uns de ses aspects primordiaux qu’ils soient d’ordres microscopique (représentation à l’échelle de l’atome, de la moléculeou d’un groupe restreint) ou phénoménologique : pourquoi ce solide est-il plus dur que celui-ci ? Pourquoi a-t-il durcit en vieillissant ? Peut-on relié son coefficient de compressibilité à sa structure intime –atomique-? Y-a-t-il une autre relation avec ses propriétés de transport de chaleur et de conductibilité? Ce cours sera tourné vers la représentation microscopique des propriétésphysico-chimiques des solides car c’est par ce biais, certainement, que vous serez amenés à mieux appréhender le lien microstructure/propriétés macroscopiques et mécaniques. Nous ne manquerons pas cependant, surtout via l’utilisation de la thermodynamique, d’utiliser les représentations phénoménologiques qui servent à établir les correspondances entre les différentes manifestations macroscopiques d’une partet entre le micro et le macro d’autre part. C’est même par cela que nous allons commencer aujourd’hui en rappelant tout d’abord quelques éléments de thermodynamique « classique » puis en introduisant de façon très rapide la science, i.e. la thermodynamique statistique, qui permet de passer des représentations micro au macro.
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dans le sens (thermodynamique) d’échanger/de réagir –sens chimiqueet physiqueCours Propriétés Physicochimique de la Matière. MI 3eme année

Prof F. Henn, Avril 2011

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I) Rappels succincts et très généraux de thermodynamique Le sujet originel de la thermodynamique concerne les échanges « d’énergie » qui permettent d’expliquer les transformations d’un système, i.e. un solide dans notre cas, lorsqu’il est soumis à des modifications de contraintes (Pression,Température, Champ électrique, éléments chimiques environnants…..). Ces dernières peuvent être mesurées par des appareils qui, le plus souvent, détectent des grandeurs courantes : masse, température, pression, volume, courant, potentiel électrique..etc. Elles sont désignées sous les termes de propriétés macroscopiques. La thermodynamique dite classique s'intéresse uniquement à ce type dephénomènes. Elle constitue le cadre où sont définis et reliés les concepts et les évaluations quantitatives résultant de l'étude de ces propriétés macroscopiques. Les lois de la thermodynamique permettent donc d’étudier l’état d’un système2 et de prédire son évolution lorsqu’un paramètre est volontairement ou non modifié3. Le système est défini par un ensemble de variables et de fonctions (dites d’état)...
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