Concetti Chiave
- La relazione tra entalpia e energia interna è descritta dalla formula ΔH=ΔU+PΔV, evidenziando come ΔU possa variare in base alla produzione di gas nelle reazioni chimiche.
- A volume costante, l'entalpia coincide con la variazione di calore (ΔH=q), mentre a pressione costante parte dell'energia fornita come calore viene dispersa come lavoro.
- Per calcolare l'entalpia standard di formazione, si utilizza la formula ΔHf°=∑Hprodotti - ∑Hreagenti, considerando le sostanze negli stati più stabili.
- L'entalpia standard di reazione può essere calcolata combinando le entalpie standard di formazione dei reagenti tramite ΔH°=∑nΔHf°prodotti - ∑nΔHf°reagenti.
- In reazioni che non producono gas, la variazione di energia interna è approssimativamente uguale all'entalpia, semplificando così i calcoli termodinamici.
Quali sono i concetti di entalpia e energia interna?
ΔH=Hf-Hi=ΔU+PΔV da cui si ricava che ΔU=ΔH-PΔV. In generale, le reazioni in cui c’è un espansione, quindi un lavoro, sono quelle che producono gas, per le quali si può scrivere ΔH=ΔU+ΔngasRT(con Δngas=nfinale-ninziale di molecole di gas). In molte reazioni però, quelle dove non viene prodotto gas, il calore di reazione, o energia interna, che si misura è direttamente ΔH poiché generalmente il termine PΔV è abbastanza piccolo da far si
che ΔU≅ΔH. Dunque se a pressione costante la reazione produce vapore si può ricavare meno energia che
a volume costante, quando non c’è produzione di vapore, perché il sistema ne deve impiegare una parte per espandersi.
Entalpia a pressione e volume costante
A volume costante dunque l’entalpia rappresenta la variazione di q (ΔH=q), si ignora il termine relativo al lavoro. A pressione costante invece solo una parte dell'energia fornita sotto forma di calore serve ad aumentare l'energia del sistema, il resto si disperde nell'ambiente sotto forma di lavoro.
Possiamo quindi applicare il concetto di entalpia alle reazioni, ma visto che è difficile calcolare l’entalpia in valore assoluto, la calcoliamo come variazione nei processi di formazione degli elementi e nelle reazioni:
• Entalpia standard di formazione: l’entalpia di reazione a mole di unità per la formazione della sostanza dagli elementi componenti considerati nella propria forma più stabile ΔHf°=∑Hprodotti - ∑Hreagenti
• Entalpia standard di reazione: combinando le entalpie standard di formazione dei reagenti di una reaazione, si può calcolare l’entalpia standard di reazione ΔH°=∑nΔHf°prodotti - ∑nΔHf°reagenti).
Domande da interrogazione
- Qual è la relazione tra entalpia e energia interna nelle reazioni chimiche?
- Come si comporta l'entalpia a volume costante rispetto a pressione costante?
- Come si calcola l'entalpia standard di reazione?
La relazione è espressa dalla formula ΔH=ΔU+PΔV, dove ΔH rappresenta la variazione di entalpia e ΔU l'energia interna. In reazioni che producono gas, si può scrivere ΔH=ΔU+ΔngasRT, mentre in reazioni senza produzione di gas, ΔU è approssimativamente uguale a ΔH (si veda il testo).
A volume costante, l'entalpia rappresenta direttamente la variazione di calore (ΔH=q), ignorando il lavoro. A pressione costante, solo una parte dell'energia fornita come calore aumenta l'energia del sistema, mentre il resto viene disperso come lavoro (come indicato nel testo).
L'entalpia standard di reazione si calcola combinando le entalpie standard di formazione dei reagenti, utilizzando la formula ΔH°=∑nΔHf°prodotti - ∑nΔHf°reagenti, come descritto nel testo.
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