Concetti Chiave
- L'entalpia è la somma dell'energia interna e del prodotto tra pressione e volume di un sistema, espressa come H=U+PV, e rappresenta una funzione di stato.
- La variazione di entalpia (∆H) è calcolabile solo attraverso trasformazioni, ed è una proprietà estensiva dipendente dalla quantità di materia.
- In trasformazioni a pressione e temperatura costanti, la variazione di entalpia è uguale al calore scambiato a pressione costante (q_p), essenziale per capire la natura termica delle reazioni.
- La variazione di entalpia di una reazione chimica (∆Htot=Hp-Hr) permette di determinare se una reazione è endotermica (assorbe calore) o esotermica (cede calore).
- Il segno di ∆H indica il tipo di processo: positivo per endotermici e negativo per esotermici, mostrando una relazione inversa tra calore e entalpia.
Questo appunto descrive le principali caratteristiche e formule legate all'entalpia, una funzione di stato che quantifica l'energia che un sistema può scambiare con l'ambiente circostante. Grazie alla variazione di entalpia legata a una reazione chimica, inoltre, è possibile definire delle caratteristiche di quest'ultima, come la spontaneità e il verso.
Indice
L'entalpia: definizioni principali e formula generale
L’entalpia (o contenuto termico) è la somma dell’energia interna e del prodotto tra pressione e volume del sistema
.
Come per l’energia interna, non è possibile misurarne un valore assoluto, ma solo una variazione di entalpia.
Considerando una trasformazione avvenuta all'interno di un sistema chiuso, della quale si conosce il punto finale e il punto iniziale, la variazione di entalpia
può essere espressa attraverso la formula
. Dal punto di vista matematico, l'entalpia è una funzione di stato: ciò significa che il suo valore non dipende dalla trasformazione effettuata, ma soltanto dalle condizioni del sistema nel punto finale e nel punto iniziale.
Essa è una proprietà estensiva, così come la massa, il peso e il volume: ciò significa che il suo valore dipende dalla quantità di materia presente nel sistema preso in esame.
Il ruolo dell'entalpia in trasformazioni a pressione e temperatura costanti
Come già anticipato, la formula per calcolare la variazione di entalpia in una generica trasformazione è la seguente:
Dal primo principio della termodinamica, possiamo riscrivere la variazione di energia interna
, considerando positivo il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente, come:
.
Se il processo si svolge a pressione e temperatura costanti (quindi
), e con il solo lavoro pressione volume, la variazione di entalpia è:
, dove
è chiamato calore a pressione costante.
L’entalpia misura quindi il contenuto termico, cioè l'energia scambiata a pressione costante. Conoscere questo valore è importante, poiché permette di analizzare a fondo la natura termica delle trasformazioni. E' possibile, ad esempio, calcolare la variazione di entalpia legata ad una reazione chimica per valutarne la spontaneità e il verso.
La variazione di entalpia legata a una reazione chimica
Quando si ha a che fare con una reazione chimica, si può calcolare la variazione di entalpia ad essa collegata attraverso la seguente formula:
, dove
è l'entalpia dei prodotti e
l'entalpia dei reagenti.
Dopo aver calcolato questo valore è possibile definire se la reazione in esame sia endotermica o esotermica.
Una reazione si dice endotermica se avviene con assorbimento di calore dall'ambiente da parte del sistema ed esotermica quando, nel corso della stessa, il sistema cede il calore all'ambiente.Sono reazioni esotermiche tutte le reazioni di combustione, in quanto "rilasciano" calore. Al contrario, le reazioni di fotosintesi sono endotermiche in quanto avvengono solo ed esclusivamente in presenza di energia luminosa.
Il segno di
, ossia della variazione di entalpia legata alla reazione, dipende dal valore di
:
- Nel caso di un processo endotermico, in cui il calore procede verso il corpo, il segno di [math] q_p[/math]è positivo (vi è un aumento di calore nel corpo), di conseguenza anche[math]∆H[/math]sarà positivo
- In un processo esotermico, in cui il corpo cede calore all’ambiente circostante, il segno di [math]Q[/math]è negativo (diminuzione di calore nel corpo), di conseguenza anche[math]∆H[/math]sarà negativo
Direzione \hspace{0.2 cm} calore & Segno \hspace{0.5 cm}q_p & Segno \hspace{0.5 cm} ∆H \\
\hline
Processo \hspace{0.2 cm} endotermico & + & + \\
\hline
Processo \hspace{0.2 cm} esotermico & - & - \\
\end{array}[/math]
per ulteriori approfondimenti sull'entalpia e sul suo significato fisico vedi anche qua
Domande da interrogazione
- Qual è la definizione principale di entalpia?
- Come si calcola la variazione di entalpia in una trasformazione a pressione e temperatura costanti?
- Come si determina se una reazione chimica è endotermica o esotermica?
- Qual è la relazione tra [math]∆H[/math] e il calore scambiato in un processo?
- Cosa indica il segno di [math]∆H[/math] in un processo chimico?
L'entalpia è la somma dell'energia interna e del prodotto tra pressione e volume del sistema, espressa come [math]H=U+PV[/math].
In una trasformazione a pressione e temperatura costanti, la variazione di entalpia è [math]∆H=q_p[/math], dove [math]q_p[/math] è il calore a pressione costante.
Una reazione è endotermica se [math]∆H[/math] è positivo, indicando assorbimento di calore, ed esotermica se [math]∆H[/math] è negativo, indicando rilascio di calore.
Il segno di [math]∆H[/math] dipende dal calore scambiato [math]q_p[/math]: positivo per processi endotermici e negativo per processi esotermici.
Il segno di [math]∆H[/math] indica la direzione del calore: positivo per assorbimento (endotermico) e negativo per rilascio (esotermico).
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo
