La détente de l'hydrogène est-elle exothermique ? Si oui pourquoi ?

Réponse publiée sur Quora

Je ne suis pas sur qu’ “exothermique” soit le mot qui convienne, mais en effet l’hydrogène s’échauffe lors de sa détente en conditions standard en raison de l’ Effet Joule-Thomson :

L’effet Joule-Thomson est entièrement lié à la différence qui existe entre un gaz réel et un gaz idéal du point de vue des forces intermoléculaires, notamment l’attraction et la répulsion des forces de van der Waals .

Tandis qu’un gaz entre en expansion, la distance moyenne entre les molécules s’accroît. Du fait de l’attraction des forces intermoléculaires, l’expansion génère une augmentation de l’énergie potentielle des interactions microscopiques du gaz. Si l’on considère qu’il n’y a pas de travail extrait du processus et pas de chaleur transférée, la quantité totale d’énergie du gaz reste la même du fait de la conservation de l’énergie . L’augmentation d’énergie potentielle microscopique implique alors une diminution de l’énergie cinétique microscopique et de fait, de la température.

Un second mécanisme qui s’oppose à celui-ci entre en jeu. Lors des collisions des atomes ou des molécules au sein d’un gaz, l’énergie cinétique est temporairement transformée en énergie potentielle (c’est la répulsion des forces intermoléculaires). Or une diminution de la densité du gaz (lors de l’expansion) entraîne une diminution du nombre de collisions par unité de temps, donc une diminution de l’énergie potentielle, ce qui, du fait de la conservation de l’énergie, entraîne une augmentation de l’énergie cinétique et donc de la température.

Les trois seuls gaz pour lesquels le second mécanisme prédomine lors d’une détente adiabatique à pression atmosphérique sont le dihydrogène , le néon et l’hélium , dont les températures d’inversion de Joule-Thomson à pression atmosphérique sont d’environ 202 K (−71 °C), 260 K (−13 °C) et 40 K (−233 °C) respectivement.

(Wikipédia )