Trasformazioni chimiche e funzioni di stato

Ogni trasformazione dello stato di aggregazione di una sostanza (transizione di fase) avviene con variazione di energia. La variazione di energia modifica le interazioni tra le particelle (agitazione termica). Nella condensazione del vapore acqueo vi è un abbassamento dell’energia potenziale infatti le molecole di H2O sono molto più ferme allo stato liquido rispetto che in quello gassoso. Nella fusione del ghiaccio invece vi è un aumento dell’energia potenziale, infatti le molecole hanno maggiore energia potenziale allo stato liquido piuttosto che a quello solido.
Un sistema è in equilibrio quando le sue proprietà macroscopiche (quali il volume, la temperatura, la composizione, la pressione ecc…) non variano nel tempo. Per descrivere un sistema in modo completo (quindi per descriverne lo stato) è necessario indicare temperatura, pressione, i tipi e le quantità delle sostanze presenti. Una proprietà che ha un unico valore per un dato stato del sistema si dice funzione di stato. Il valore di una funzione di stato dipende solo dallo stato del sistema e non da come a tale stato si sia arrivati. A esempio un campione di acqua pura a 20°C presenta una densità di 0,99820 g/mL. Se si misura la densità in tre campioni di acqua aventi diverse origini (purificazione per distillazione ripetuta di acqua naturale, combustione di H2 in O2, decomposizione termica di CuSO4×5H2O), si potrà osservare che le densità dei campioni saranno tutte uguali.
Un processo chimico o fisico cambia lo stato di un sistema, e di conseguenza cambia il valore delle funzioni di stato. Una funzione di stato è indipendente dal percorso seguito, il suo valore cambia solo dallo status iniziale a quello finale.
L’energia interna di un sistema è una funzione di stato, anche se non ci sono mezzi o calcoli semplici per dimostrarlo e per stimarne il valore.