Chapitre 5
Thermodynamique de
1'etat solide
L
A CHIMIE EST, par essence, la science de 1'evolution de la matiere, de
sa composition atomique, de la synthese et de la transformation des
composes. Elle ne peut done se passer de la thermodynamique.
L'evolution des systemes solides necessite, dans la plupart des cas, une
temperature plus elevee que la temperature ambiante. II peut devenir
alors capital de maitriser 1'atmosphere dans laquelle on etudie le systeme solide susceptible de reagir avec cette atmosphere. Nous allons
nous interesser aux reactions solides-gaz et solides-solides, en limitant
1'approche thermodynamique aux systemes binaires.
5.1 Generalites
Les reactions chimiques que nous allons considerer s'effectuent au sein
d'un systeme. On definit un systeme comme une portion de 1'univers limitee
par une surface permettant eventuellement des echanges (thermiques,
mecaniques, chimiques, electriques...) avec le milieu exterieur. Un systeme
peut etre constitue par une ou plusieurs phases (solides, liquides, gaz). On
remarquera que les gaz ne constituent qu'une seule phase. La notion
de phase est toujours delicate a preciser car elle depend de 1'echelle a laquelle on observe le systeme. Nous definirons une phase comme un soussysteme a 1'interieur duquel les proprietes physiques (composition, masse
volumique indice de refraction, resistivite electrique, parametre cristallin,
etc.) ne subissent pas de discontinuite. Une phase peut posseder des gradients de composition, done de masse volumique, de resistivite electrique,
auquel cas elle n'est pas en equilibre. On a schematise, sur la figure 5.1,
deux phases solides en contact formant deux sous-systemes separes par une
Thermodynamique de
1'etat solide
L
A CHIMIE EST, par essence, la science de 1'evolution de la matiere, de
sa composition atomique, de la synthese et de la transformation des
composes. Elle ne peut done se passer de la thermodynamique.
L'evolution des systemes solides necessite, dans la plupart des cas, une
temperature plus elevee que la temperature ambiante. II peut devenir
alors capital de maitriser 1'atmosphere dans laquelle on etudie le systeme solide susceptible de reagir avec cette atmosphere. Nous allons
nous interesser aux reactions solides-gaz et solides-solides, en limitant
1'approche thermodynamique aux systemes binaires.
5.1 Generalites
Les reactions chimiques que nous allons considerer s'effectuent au sein
d'un systeme. On definit un systeme comme une portion de 1'univers limitee
par une surface permettant eventuellement des echanges (thermiques,
mecaniques, chimiques, electriques...) avec le milieu exterieur. Un systeme
peut etre constitue par une ou plusieurs phases (solides, liquides, gaz). On
remarquera que les gaz ne constituent qu'une seule phase. La notion
de phase est toujours delicate a preciser car elle depend de 1'echelle a laquelle on observe le systeme. Nous definirons une phase comme un soussysteme a 1'interieur duquel les proprietes physiques (composition, masse
volumique indice de refraction, resistivite electrique, parametre cristallin,
etc.) ne subissent pas de discontinuite. Une phase peut posseder des gradients de composition, done de masse volumique, de resistivite electrique,
auquel cas elle n'est pas en equilibre. On a schematise, sur la figure 5.1,
deux phases solides en contact formant deux sous-systemes separes par une