Termodinamica

Termodinamica

Durante una trasformazione sia fisica (es. passaggi di fase) che chimica (es. reazioni chimiche) la materia scambia energia con l’ambiente circostante.

Sapere se una trasformazione necessita o libera energia è fondamentale per capire se quel processo sarà spontaneo o no una volta definite le condizioni ambientali.

La termodinamica è la branca della chimica e della fisica che studia i trasferimenti di energia che avvengono durante una trasformazione fisica o chimica.

Sistema termodinamico e ambiente

Sistema termodinamico: parte limitata dell’universo del quale vogliamo studiare le proprietà.

Stato e funzioni di stato

• Lo stato di un sistema termodinamico è definito dall’insieme di tutte le proprietà che caratterizzano il sistema (composizione chimica, temperatura, volume, pressione, ecc.).
• Funzione di stato: grandezza che dipende solo dallo stato del sistema non dalle trasformazioni che sono servite per portare il sistema in quello stato.

Esempio: un gas ideale a V costante può essere portato in un certo stato prima facendo una variazione di T e poi di P o viceversa. Una funzione di stato non cambierebbe in questo caso. Una grandezza che non è funzione di stato cambierebbe.

• Le funzioni di stato possono essere grandezze estensive (dipendono dalla quantità di materia) o intensive (non dipendono dalla qualità di materia).
• La loro variazione dipende soltanto dallo stato iniziale e dallo stato finale del sistema. Se un sistema passa da uno stato iniziale A ad uno finale B (A→B), non è importante conoscere il valore assoluto delle funzioni di stato associate allo stato A e a quello B, ma solo la loro variazione indicata con delta.
• Se si ha la trasformazione inversa (B→A), la variazione è l'opposto.

Energia, lavoro e calore

• Energia cinetica: energia legata al movimento di un corpo.
• Energia potenziale: energia associata alla sua posizione o composizione.
• Energia chimica o di legame: energia necessaria a spezzare i legami di una specie chimica.
• Energia termica: energia associata alla temperatura di un oggetto.
• Energia interna (E): è la somma dell’energia cinetica e potenziale di tutte le particelle che compongono il sistema. È la somma dell’energia cinetica delle sue molecole, dell’energia potenziale dipendente dalle forze intramolecolari, dell’energia cinetica e potenziale degli elettroni e dei nuclei.

L’energia interna è una funzione di stato estensiva del sistema. L’energia si trasferisce sotto forma di lavoro o sotto forma di calore.

Lavoro (W): è l'energia scambiata tra un sistema e...