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

TERMODINAMICA

Studia le trasformazioni energetiche che accompagnano le reazioni chimiche e: - è capace di stabilire da quale ciò può affermare se reazione avviene spontaneamente. Ma non si occupa di stabilire con che velocità avviene una reazione propri di questo si occupa la CINETICA.

I SISTEMI

I SISTEMI: è definito come la regione di spazio in cui vengono limitate le osservazioni; nella chimica per sistema si intende la reazione AMBIENTE ESTERNO/INTORNO AL 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, non dalle condizioni in cui esso si trova e sono: TEMPERATURA VOLUME ENERGIA

LE FUNZIONI DI PERCORSO ➔ dipendono dai percorsi effettuati 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: - il CALORE (q) ➔ energia termica trasferita tra il sistema e l'ambiente esterno a causa/vantaggio della differenza di temperatura. - il LAVORO (w) ➔ energia trasferita tra il sistema e l'ambiente come risultato di una forza che opera su una distanza

L = K = F ✕ Δs

UNITÀ DI MISURA Joule (J) Caloria (1 cal = 4,184 J) Caloria (1 cal = energia necessaria per aumentare di 1º C la temperatura di 1 g di acqua)

ENERGIA INTERNA (E)

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

È infatti una PROPRIETÀ ESTENSIVA perché è proporzionale alla quantità di materia presente nel sistema.

L'energia interna ha due contributi:

➡ ENERGIA CINETICA ➡ ENERGIA POTENZIALE

E = Σ (E_C + E_P)

1) ENERGIA CINETICA

E_C rappresenta l’energia cinetica delle particelle che sono presenti in quel sistema ed è legato ai moti di subregno tra esso particelle.

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

L’energia cinetica corrisponde all’energia TERMICA perché dipende dalla temperatura.

E_c = ¹/₂ mv²   o   E_c = ³/₂ kT

2) ENERGIA POTENZIALE

E_P rappresenta l’energia potenziale delle particelle che sono presenti nei sistemi ed è legato a quelle interazione intrasognale e inter-reazioni.

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

L’energia potenziale viene definita anche ENERGIA CHIMICA perché dipende da:

• posizione delle molecole nei legami intermolecolari
• posizione dei protoni e degli elettroni nei legami intramolecolari

L’energia cinetica è l’energia proveniente dalla rottura di legami in formazione dei legami: infatti, quando si crea un legame combioso di posizione di atomi ed elettroni e di conseguenza si modifica l’intensità dell’en. pótènz.

• LEGAME PIÙ STABILE E FORTE ➡ BASSA ENERGIA POTENZIALE
• LEGAME PIÙ DEBOLE ➡ ALTA ENERGIA POTENZIALE

È importante specificare se il calore viene misurato a pressione costante (_qp) o a volume costante (_qv)

Reazioni a Volume Costante

(ΔE=qv)

Se consideriamo un sistema chiuso (quindi con V costante), il sistema essendo chiuso non può scambiare lavoro con l'ambiente esterno. Quindi ΔE tiene in considerazione solo il calore.

ΔE=q+W ➔ ΔE=q+0 ➔ ΔE=q

Reazioni a Pressione Costante

(ΔH=qp)

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 processo costante viene introdotto il concetto di ENTALPIA (H) che è una funzione di stato costruita attraverso H=E+PV.

Consideriamo un calorimetro chiuso (con p costante) con un equilibrio di lavoro che produce calore (come esempio ZnO).

L'energia interna del sistema evolve da q=0 e quando evapora è aumentato solo il volume ed il sistema compie un lavoro.

W=-PΔV=-P(_V2-V1)

ΔE=E2-E1=q_p+W ➔ q_p+P(_V2-V1)

Reazione Esotermiche

(cedono calore) ➔ ΔH<0

Reazione Endotermiche

(acquistano calore) ➔ ΔH>0