Chimica fisica - Appunti esame

I GAS

I sistemi gassosi possono essere descritti dalla legge dei gas ideali, (o perfetti). I gas per non avere deviazioni significative devono essere raffreddati ad alte temperature e basse pressioni. Ogni gas che risulta compresso devia dal comportamento ideale. Le leggi dei gas sono empiriche, derivano cioè dall'osservazione sperimentale.

Le variabili di stato che servono a descrivere un sistema gassoso sono: P, T, V, massa e composizione. Devo quindi trovare una relazione matematica tra (in corse)

Principio di Avogadro

Alla stessa pressione e temperatura volumi uguali di gas diversi contengono ugual numero di moli.

V α N

Una mole di un qualunque gas in condizione normale occupa 22,41 L

Legge di Boyle

Misura del volume occupato da:

← Di un pallone chino mentre viene applicata una pressione crescente

P ↑ V ↓ - inversamente proporzionali

p·v = k

Se rappresentati su grafico p vs v si origina un ramo iperbolico

→ linearizzabile facendo p vs 1/v

Legge di Charles (Gay-Lussac)

Dipendenza del volume dalla temperatura a P costante

• V_(t) = V₀ + t/273,15 V₀
• V_(t) = 1 + t/273,15
• V_(t) = 273,15 + t/273,15 → t_(t) = T/273,15

T = Temperatura kelvin

1/273,15 è il coefficiente di dilatazione di ogni gas perfetto, è uguale per tutti.

allo zero assoluto (-273,15) nessuna

V(t) = V0 + V0

_t

^273,15

Impossibile a raggiungere

la temperatura assoluta,

dedotto considerando

estrapolazione del

risultato volumico

con la legge di CHARLES

è errato

può essere facilmente

con

e

p di BOLTZMANN

Per ricavare la legge dei gas ideali, opero con

2 uguale di gas

così

una modifica di T

1a è una trasformazione isobara — moltiplico

Charles x p

p₀ V(t) = T

_273,15

p₀ V₀

p₀ V₀

p₀ V₀

T₀

2. Modifico p e V

p V = T 1 R

^moli

p V = T n R

CONTIENTE TUTTE E

T(ILE) LE LEGGI

p₀ V₀

T₀

R = 1 atm 22,414 L

273,15 K·mol = 0,0821

mol K

È un tipo di equazione un po' particolare semiempirica

Permette di perdita nel momento in cui gas e liquido coesistono ➔ punto critico

Energia potenziale di due particelle

Volume molecolare = sede della massa della quale la molecola è costituita

molecola = sfera rigida

Forze di tipo repulsive → x piccole distanze cresce velocemente al diminuire della distanza

assurda di discontinuità (come x 2 sfere rigide l'attrazione ha un fattore di r⁶ o 1/r⁶ la pulsione ha un fattore doppio o 1/r¹²

Primo principio della termodinamica

Il lavoro ➔ Work → w = Fd 1 J = 1 kg m/s²

Qualsiasi tipo di lavoro può essere ricondotto al lavoro di tipo meccanico necessario a spostare un corpo per una certa distanza verticale in opposizione alla forza di gravità

È positivo se viene fatto dall'ambiente sul sistema, è negativo se viene fatto dal sistema sull'ambiente

w = PSAh = pΔv

Se un gas viene compresso W deve essere ⊕ w = -PΔv

per Δ infinitesimi dw = -pdv

Processo reversibile → può essere rovesciato ristabilendo completamente le condizioni iniziali del sistema e dell’ambiente. Non avviene in natura

I processi che avvengono in natura sono tutti irreversibili. Non possono essere rovesciati.

EVIDENZE SPERIMENTALI

Il 1° principio e la conseguente definizione di energia si basa sulla interconvertibilità sperimentalemente verificata di lavoro meccanico, elettrico e calore, ecc.

Lavoro Meccanico ⇒ W elettrico ⇒ resistenza R

Sperimentalmente verifica l'interconnessione con fattori costanti tra lavoro svolto e calore prodotto indipendentemente dal tipo di lavoro o particolarità dell'oggetto utilizzato.

Prattica Svolte

• Lavoro meccanico ⇒ calore
• Lavoro meccanico ⇒ W elettrico ⇒ calore

La quantità di calore in entrambi i casi è uguale e equivalenza tra lavoro e calore ⇒ ENERGIA

1. Rapporto tra lavoro meccanico e calore (Jule) Si usano diversi metodi per poter convertire il movimento in calore: Pale in acqua, acqua agitata in calorimetro, cilindri connessi a resistenza termica, misurazioni effettuando giro a monte e aggiustati conduttori elettrici, numero massimo 179.
2. Rapporto tra lavoro meccanico ed elettrico: Lavoro elettrico ⇒ Δp elettrica tra 2 punti ⇒ lavoro necessario per trasferire la carica unitaria tra due punti.
3. Rapporto tra lavoro elettrico e calore: Flusso di carica in tubo termico-¤talweave-contraprestiti nel resistenza culturawetra, compensatore e struttura diffusori agli estremi: calcolo calore (Δt contatore) calcolo rapporto lavoro elettrico.

EVIDENZE INTERPRETE DEL 1° PRINCIPIO

Moto Perpetuo

Se assumere che i rapporti lavoro/caldo sono osservati e gli assistenti sono derivano da questo risultano contraddizioni noti:Moto perpetuo di 1ª specie

Non può esistere una macchina che sia in grado di emettere più energia di quanta ne consumi partecipata:

V cost ⇒ ΔE = q

p cost ΔH = q

Esercizio 1 Un becher con HCl immergo Mg

In lavagna 1,50g Lavoro effettuato

1 atm e 25°C reazione ?

Mg → 1,5 g

p = 1 atm T = 25°C

W = ?

2HCl_(aq) + Mg(s) → H₂ + 2MgCl_(aq)

Il lavoro è quello relativo ad un espansione

● Si forma H₂

W = - p_ext ΔV = - p_ext (V_finale - V_iniziale)

V_finale = nRT/p V_iniziale = quello della lamina di metallo trascurabile

W = - p_ext · V_finale

W = - p_ext · 1,5 l

W = -1 · 1,5 l = 0 - 1,5 lJ Lavoro sull'ambiente

W = 1,5kJ

es 2 Compressione isometrica reversibile

52,00 u.mele → 52, 10^-3 u.me gas a 260 K

Gas ridotto ad 1/3 del volume

W = ?

W = - nrt ln

W = - nRT ln V_f/V_i

W = 52, 10^-3 8,31, 260 ln 1/3

W negativo = compressione W = 121,945 J

es 3 Liquido con ΔHvaporizzazione = 26kJ/mol

Osmot equilibrato 9 ml AH e quando 0,50 mola del liquido vengono vaporate a 250K e astato

Transazione di fase ostata

X_liq → X_gas

Lavoro necessario x rottura legami intermolecolari

- p kost quando ci sono questi esercizi

ΔHf = 13,0 kJ = 0,50 mol · 26KJr - 0,13 kJ

W = - p ΔV = - 1 · V_finale p = 1

q = 13,0 kJ

V_finale= 1026_s

W = 1026,25

→ - 1 kJ

C_p-C_v=nR

• Dalla termodinamica statistica
• Per un gas ideale si ottiene che C_p>>C_v

Energia dei legami

Concezione sulle energie di legame, da dati termodinamici e spettriscopici.

∆H = correlato alla formazione o distruzione di legami chimici.

Molecole diatomiche

Reazione di dissociazione di molecole gassose:

• H₂→2H ∆H=436 مول kJ
• O₂→2O ∆H=495 مول kJ
• H₂O→2H+O ∆H=926 مول kJ

Poliatomiche con legami non uguali:

CH₃OH

Approssimazione

• ∆H₀CH₃ ≅ CH₄
• ∆H OH ≅ H₂O

L’entalpia di legame x connessione e⁺

Energie Umori

Rispetto a quelle associate ai legami chimici -

• Implicazione nei sistemi biologici controllando il corso delle reazioni in soluzione
• Interazioni secondarie

Tra le categorie principali, - London

• dipolo-dipolo
• leg. Idrogeno

Esistono anche le forze di Keesom tra dipoli e funzioni.

Non ha sapere

Energia media orientazionale

= 3(4πε) TR r⁶

Proporzionale quasi a 1 (con legami) e de proporzionale con ط temperatura

Statisticamente V è la distribuzione di Boltzmann di una regolativa in molecole si uniformazione nel stesso energia a base possibile le interazione

Alta energia bassa energia

Energia potenziale di dipoli rotativi sia negativo