Appunti di chimica suTermodinamica chimica, Legge di Lavoisier Laplace, Legge di Hess

TERMODINAMICA

Studia le trasformazioni energetiche che accompagnano le reazioni chimiche e si occupa di stabilire, da queste, con che potere affermare se reazioni chimiche possono avvenire spontaneamente.

Ma non si occupa di stabilire con che velocità avviene una reazione perché questo si occupa la cinetica.

I SISTEMI

Il sistema è definito come la regione di spazio in cui vengono puntate le osservazioni; nella chimica per sistema si intende la reazione.

Ambiente esterno / intorno del sistema non appartiene al sistema.

Universo = sistema + intorno del sistema

I sistemi si suddividono in:

1. Sistemi aperti → in grado di scambiare energia e lavoro con l'ambiente esterno
2. Sistemi chiusi → in grado di scambiare solo energia
3. Sistemi isolati → non in grado di effettuare scambi con l'ambiente

LE FUNZIONI DI STATO E DI PERCORSO

Le funzioni di stato → dipendono dal sistema cioè dalle condizioni in cui esso si trova il stato:

• Temperatura
• Volume
• Energia

Le funzioni di percorso → dipendono dal percorso effettuato dal sistema per giungere in quel determinato stato:

• Lavoro
• Calore

ENERGIA

L'energia è definita come la capacità di compiere un lavoro o di trasferire calore, cioè:

• Calore (q) → energia termica trasferita tra il sistema e l'ambiente esterno come risultato della differenza di temperatura
• Lavoro (w) → energia trasferita tra il sistema e l'ambiente come risultato di una forza che opera su un sistema

L = k · F · Δs

• Unità di misura:
• Joule (J)
• 1 Cal = 4,184 J
• Caloria (1 cal energia necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua)

Termodinamica

Studia le trasformazioni energetiche che accompagnano le reazioni chimiche e si occupa di stabilire da culture con un'ipotesi affermare se reazione avviene o avviene spontaneamente. Ma non si occupa di stabilire con una velocità avviene la reazione per questo si occupa la CINETICA.

I Sistemi

Il sistema è definito come la ragione di spazio in cui vengono puntate le osservazioni; nella chimica per sistema si intende la reazione. Ambiente esterno/intorno del sistema, non appartiene al sistema. Universo = sistema + intorno del sistema. I sistemi si suddivono in:

1. Sistemi aperti ➔ in grado di scambiare ENERGIA e LAVORO con l’ambiente esterno
2. Sistemi chiusi ➔ in grado di scambiare SOLO ENERGIA
3. Sistemi isolati ➔ non in grado di effettuare scambi con l’ambiente

Le Funzioni di Stato e di Percorso

Le funzioni di stato ➔ dipendono dal sistema così dalle condizioni in cui esso si trova e sono:

• TEMPERATURA
• VOLUME
• ENERGIA

Le funzioni di percorso ➔ dipendono dal percorso effettuato dal sistema per giungere in quel determinato stato:

• LAVORO
• CALORE

Energia

L'energia è definita come la capacità di compiere un lavoro e di trasferire calore, cioè:

• CALORE (Q) ➔ energia termica trasferita tra il sistema e l'ambiente esterno come risultato della differenza di temperatura
• LAVORO (W) ➔ energia trasferita tra il sistema e l’ambiente come risultato di una forza che opera su un sistema

L = K = F ∙ Δs

Unità di misura:

• Joule (J)
• 1 cal = 4,184 J
• Caloria

ENERGIA INTERNA (E)

L'energia interna è l'energia posseduta da un sistema ed essendo una funzione di stato dipende dalla temperatura, dalla pressione, dal volume e dalla composizione chimica del sistema.

È inoltre una proprietà estensiva poiché è proporzionale alla quantità di materia presente nel sistema.

L'energia interna ha due contributi:

• Energia cinetica
• Energia potenziale

E = ∑(E_C + E_P)

Energia Cinetica

E_C = rappresenta l'energia cinetica delle particelle che sono presenti in quel sistema ed è legata ai moti che subiscono le stesse (particelle).

L'energia cinetica di un corpo è definito come la capacità di compiere lavoro per effetto del moto delle sue particelle.

L'energia cinetica corrisponde all'energia termica poiché dipende dalla temperatura:

E_C = 1/2 mv² o E_C = 3/2 kT

Energia Potenziale

E_P = rappresenta l'energia potenziale delle particelle che sono presenti nel sistema ed è legata alle interazioni intramolecolari ed intermolecolari.

L'energia potenziale di un corpo e la capacità di compiere lavoro per effetto della posizione o dello stato in cui si trovano masse/particelle.

L'energia potenziale viene definita anche energia chimica perché dipende dalla posizione delle molecole nei legami intermolecolari.

...relazione ione-ione o legami intermolecolari.

L'energia chimica è l'energia presente nella rottura o nella formazione dei legami: infatti, quando si rompe un legame c'è riassestamento di atomi ed elettroni e di conseguenza si modifica l'energia potenziale della materia.

• Legame più stabile e forte → Bassa energia potenziale
• Legame più debole → Alta energia potenziale

1° Principio Della Termodinamica

L'energia non si può né distruggere né creare, ma può solo essere convertita dunni forma all'altra.

Infatti, in una trasformazione adiabatica, dove il sistema è isolato e non può quindi scambiare energia con l'ambiente esterno, si possono avere grazie alle conoscenze di parte dell'energia interna di crescite e potenziale o viceversa.

Dal momento che _Ec è diretto proporzionale alla temperatura:

• se il sistema si raffredda, la trasformazione è di _Ec in _Ep.
• se il sistema si riscalda, la trasformazione è di _Ep in _Ec.

Se invece consideriamo un sistema aperto o chiuso che può quindi scambiare energia con l'intorno, il primo principio della termodinamica si può ottenere.

• L'importo di energia che il sistema (rice)/(cede) completamente pali alla variazione energia interna.

Da ciò si può arrivare ad un'altra definizione:

L'energia totale dell'universo (sistema + intorno) rimane sempre costante.

Non è possibile calcolare i valori assoluti di energia interna di un sistema ma solo le variazioni di energia che caratterizzano i destini differenti del sistema.

La variazione dell'energia (_ΔE) è pari alla differenza tra l'energia finale e quella iniziale.

_ΔE = _Ef - _Ei

• Se _ΔE = 0, il sistema è isolato pertanto si ha una trasformazione di energia cinetica in potenziale, o viceversa.
• Se _ΔE ≠ 0, il sistema è chiuso o aperto ed è pertanto in grado di scambiare energia con l'ambiente sistema. Pertanto _ΔE è regolato scambi di calore _(Q) con l'intorno.

• Se _ΔE > 0, variazione positiva, energia passa dall'intorno al sistema e pertanto _E aumenta.
• Se _ΔE < 0, variazione negativa, energia passa dal sistema all'intorno e pertanto _E diminuisce.

SCAMBI DI CALORE

Se vi è ASSENZA DI LAVORO e la reazione avviene solo con scambio di calore tra il sistema e l'ambiente, la variazione dell'energia interna del sistema coincide con il calore scambiato

ΔE=q

A seconda che il sistema ceda o assorba calore, distinguiamo:

1. REAZIONI ENDOTERMICHE ΔE>0 IL SISTEMA ASSORBE CALORE A + B + q (calore) ➔ C + D
2. REAZIONI ESOTERMICHE ΔE ΔE = q_v + 0 -> ΔE = q_v

   Reazioni a Pressione Costante (ΔH=q_p)

   La maggior parte delle reazioni avviene a pressione costante (p atmosferica). Per avere una relazione diretta tra il calore misurato e la variazione dell'energia interna al pressione costante, abbiamo introdotto l'entalpia (H) che è una funzione di stato costruita automaticamente.

   H = E + PV

   • E energia
   • P pressione costante
   • V volume

   (Consideriamo un contenitore chiuso con p costante con un liquido all'interno che produce vapori (come esempio un ZnO).)

   Forma di sistema avvene q_p e quindi evapora ed aumenta dei volume ed il sistema compie lavoro (negativo)

   |W = -PΔV = -P(V₂-V₁)|

   ΔE = E₂ - E = q_p + (W) = q_p - P(V₂ - V₁)

   Considerando E₂ - E₁ = q_p - P(V₂ - V₁)

   Scambiando i termini E₂ - E₁ + PV₂ - PV₁ = q_p

   (E₂ + PV₂) - (E₁ + PV₁) = q_p

   H₂ H₁

   H₂ - H₁ = ΔH = q_p

   La funzione di entalpia é uguale al calore scambiato a pressione costante.

   (Come l'energia interna anche dell'entalpia non é possibile calcolare i valori dessull ma solo la sua variazione (ΔH))

   Reazioni Esotermiche (cedono calore) ⇨ ΔH < 0

   Reazioni Endotermiche (acquisizione calore) ⇨ ΔH > 0

   Entalpia Standard é entalpia misurata a p cost e 1 atm e 25ºC

   Entalpia di Formazione é per norme scambiato netta reazione di sintese diretta formione di enti determinate (da ricercadori)

   ΔHº -º enti di retina no suo stato standard