Ce module commence à nous familiariser avec les gaz, et en particulier avec le concept d'"équation d'état", qui exprime une relation mathématique entre la pression, le volume, la température et le nombre de particules d'un gaz donné. Nous examinerons les équations d'état idéales, de van der Waals et virales, ainsi que d'autres équations. L'utilisation des équations d'état pour prédire les diagrammes liquide-vapeur pour les gaz réels sera discutée, ainsi que le caractère commun des comportements des gaz réels lorsqu'ils sont soumis à des conditions d'état correspondantes. Nous terminerons en examinant comment les interactions interparticulaires dans les gaz réels, qui par définition ne sont pas présentes dans les gaz idéaux, entraînent des variations dans les propriétés et le comportement des gaz. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts ci-dessus.

Ce module aborde les concepts d'ensembles et les probabilités statistiques associées à l'occupation des niveaux d'énergie. La fonction de partition, qui est à la thermodynamique ce que la fonction d'onde est à la mécanique quantique, est introduite et la manière dont la fonction de partition d'ensemble peut être assemblée à partir des fonctions de partition atomiques ou moléculaires pour les gaz idéaux est décrite. Les composants qui contribuent aux fonctions de partition des gaz idéaux moléculaires sont également décrits. À partir de fonctions de répartition spécifiques, la dérivation des propriétés thermodynamiques de l'ensemble, telles que l'énergie interne et la capacité thermique à volume constant, est présentée. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts ci-dessus.

Ce module fait le lien entre les propriétés moléculaires spécifiques et les fonctions de partition moléculaires associées. En particulier, nous déduirons des fonctions de partition pour des gaz idéaux atomiques, diatomiques et polyatomiques, en explorant comment leurs niveaux d'énergie quantifiés, qui dépendent de leurs masses, moments d'inertie, fréquences vibrationnelles et états électroniques, affectent la valeur de la fonction de partition pour des choix donnés de température, de volume et de nombre de particules de gaz. Nous examinerons des exemples spécifiques afin de voir comment les propriétés moléculaires individuelles influencent les fonctions de partage associées et, par cette influence, les propriétés thermodynamiques. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts ci-dessus.

Ce module est le plus complet du cours, vous pouvez donc prévoir un peu plus de temps cette semaine pour aborder l'ensemble du matériel. Nous aborderons la première loi de la thermodynamique et discuterons de la nature de l'énergie interne, de la chaleur et du travail. Nous nous concentrerons en particulier sur l'énergie interne en tant que fonction d'état et sur la chaleur et le travail en tant que fonctions de chemin. Nous examinerons comment les gaz peuvent effectuer (ou ont effectué) un travail pression-volume (PV) et comment la nature de l'expansion (ou de la compression) du gaz affecte ce travail ainsi que le transfert de chaleur possible entre le gaz et son environnement. Nous examinerons les détails de la pression au niveau moléculaire qui permettent de la dériver de la fonction de partage. Enfin, nous examinerons une autre fonction d'état, l'enthalpie, la capacité thermique à pression constante qui lui est associée, ainsi que leur utilité dans le contexte de la prédiction des thermochimies standard de réaction ou de changement de phase. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts ci-dessus.

Ce module présente une nouvelle fonction d'état, l'entropie, qui est à bien des égards plus difficile à conceptualiser que l'énergie. La relation entre l'entropie et le degré de désordre est établie et sa gestion par la deuxième loi de la thermodynamique est décrite. Le rôle de l'entropie dans la spontanéité des systèmes isolés est exploré. Les fondements statistiques de l'entropie sont établis, y compris les équations qui la relient au désordre, à la dégénérescence et à la probabilité. Nous dérivons la relation entre l'entropie et la fonction de partition et établissons la nature de la constante β dans la célèbre équation de Boltzmann pour l'entropie. Enfin, nous examinons le rôle de l'entropie dans la détermination de l'efficacité maximale pouvant être atteinte par un moteur thermique sur la base du cycle de Carnot. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts ci-dessus.

Ce module est relativement léger, donc si vous avez pris un peu de retard, vous aurez peut-être l'occasion de le rattraper. Nous examinons le concept d'entropie standard rendu possible par la troisième loi de la thermodynamique. La mesure des entropies de la troisième loi à partir des capacités thermiques à pression constante est expliquée et comparée, pour les gaz, aux valeurs calculées directement à partir des fonctions de partition moléculaire. L'additivité des entropies standard est exploitée pour calculer les changements entropiques pour les changements chimiques généraux. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise de l'application des concepts ci-dessus.

Ce dernier module complète le cours avec l'introduction de nouvelles fonctions d'état, à savoir les énergies libres de Helmholtz et de Gibbs. La pertinence de ces fonctions d'état pour prédire la direction des processus chimiques dans les ensembles isothermes-isochoriques et isothermes-isobariques, respectivement, est dérivée. Avec les différentes fonctions d'état en main, leurs définitions respectives et la connaissance de leurs variables indépendantes naturelles, les relations de Maxwell entre les différentes propriétés thermochimiques sont déterminées et utilisées pour déterminer les quantités thermochimiques qui ne font pas l'objet d'une mesure directe (comme l'énergie interne). Armés d'une boîte à outils thermochimique complète, nous expliquerons le comportement d'un élastomère (un élastique, en l'occurrence) en fonction de la température. Les problèmes à faire à la maison vous donneront l'occasion de démontrer votre maîtrise dans l'application des concepts susmentionnés. L'examen final vous permettra de démontrer votre maîtrise de l'ensemble du matériel de cours.

Il s'agit du dernier exercice noté (20 questions) du cours. Il n'y a pas de limite de temps pour passer l'examen.