Appunti Fondamenti di chimica

Sistema: Aperto, Chiuso, Isolato, Diatermico e Adiabatico

Aperto: energia e materia - scambia entrambi

Chiuso: energia - scambia solo energia

Isolato: nulla - non scambia nulla

Diatermico: permette lo scambio di calore se è presente un gradiente di temperatura

Adiabatico: non permette lo scambio di calore anche con un gradiente di temperatura

Scambio di calore tra sistema e ambiente:

Equilibrio termico - avviene quando i due elementi hanno la stessa temperatura; in questo caso lo scambio termina

Spontaneo - scambio di energia termica dall'oggetto più caldo all'oggetto più freddo

Sistema isolato - la quantità di energia persa dal corpo più caldo è pari a quella acquisita dal corpo più freddo, in accordo con la conservazione dell'energia

Direzione del trasferimento di calore:

Reazione esotermica - dal sistema all'ambiente, energia (in forma di calore, q) trasferita (∆q sistema < 0)

Reazione endotermica - dall'ambiente al sistema, energia (in forma di calore, q) trasferita (∆q sistema > 0)

(∆q sistema > 0).CAPACITÀ TERMICA SPECIFICA (C):- energia trasferita sotto forma di calore necessaria perinnalzare di 1 K (Kelvin), 1 g di sostanza. (J/g*K).CAPACITÀ TERMICA MOLARE (C):- energia trasferita sotto forma di calore necessaria perinnalzare di 1 K (Kelvin), 1 mol di sostanza. (J/mol*K).proprietà caratteristica ogni sostanza pura.C è una di q = C * m * ∆Tenergia ceduta o acquistata calore.q = quantità di sotto forma diq + endotermica.- Se segno di è —> reazioneq - esotermica.- Se segno di è —> reazionesegno direzione trasferimento).∆T = T finale - T iniziale (il di ∆T da informazione suisolato: ∆E del sistema = 0. conservazioneSistema somma delle (Legge di dell’energia).Perchè l’energia non viene ceduta all’esterno o acquisita dall’esterno.CAMBIAMENTI DI STATOSolido fonde: muovono vigorosamente rompono forze attrattive- atomi, molecole, ioni si e cheli mantengono in

Posizioni fisse nel reticolo cristallino. Liquido bolle: muovono ancora di più forze attrattive- le particelle si allontanandosi tanto che le minime risultano essere fornisce energia. In entrambi i casi si per superare le forze attrattive.

Calore di fusione (J/g): energia un solido in liquido quantità di necessaria per convertire alla T di fusione. Calore di vaporizzazione (J/g): energia un liquido in gas quantità di necessaria per convertire alla T di ebollizione. Passaggi di stato rompere le forze.

IMPORTANTE: durante i cambiamenti di stato, l'energia è usata per unite le particelle, per cui la temperatura non aumenta (se cambia T, non cambia stato, viceversa).

ACQUA: Qf (a 0°C) = 333 J/g. Qv (a 100°C) = 2256 J/g. q = (qf + qv) * m.

LAVORO (W): sistema compie lavoro spendendo energia. - sull'ambiente, ambiente compie lavoro aumenta energia del sistema. - sul sistema: ∆U = q + w (PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA) energia interna. (∆U è variazione del energia interna.)

contenuto energetico, variazione dell'energia definito dalla nel sistema e del lavoro compiuto dal o sul sistema. È la somma di tutti i trasferimenti che avvengono tra sistema e ambiente. Anche qui risponde alla legge di L'energia interna U: cinetica movimento somma di energia (associata al delle particelle) e potenziale attrattive repulsive (associata alle forze e tra nuclei ed elettroni nel sistema). ∆U calore trasferito lavoro compiuto Quindi il esprime il e il dal o sul sistema. mk.ITPaP 1Pa 1in =, w = -P * ∆V (- pressione * var. volume) } ✓ in mCON: iP costante: - vale la formula. V costante: - ∆V = 0, quindi ∆U è definita solo dal trasferimento di calore, perché w = 0. P COSTANTE: In generale, con w = -P∆V ∆U = q + w ∆U = qv - P∆V [dove qp —> calore a pressione costante] qp = ∆U + P∆V = ∆H VARIAZIONE DI ENTALPIA] [ovvero ENTALPIA (H) H = U + PV funzione di stato: stato iniziale e finale. È una nondipende dal percorso ma solo da ∆H = ∆U + ∆(PV) = ∆U + P∆V + V∆P P COSTANTE ∆P = 0 μ∆H = ∆U + P∆V - ∆H°r ( ° --> condizioni standard; r --> di reazione) specifica della reazione in esame. reagenti, prodotti, stati fisici quantità. Dipende da: tipo di e due volte, Dipende anche da numero di moli della reazione (se avviene per due moli, è il doppio) Se: < 0 esotermica ∆H --> 0 endotermica ∆H --> CALORIMETRIA: misurare l'energia tecnica sperimentale che permette di sviluppata o assorbita in un processo chimico o fisico. calorimetro. - Strumento: P costante: ∆H 1) A misura del V costante: ∆U combustione potere calorico 2) A misura del (usata per e degli alimenti) CALORIMETRO A TAZZA --> 1) } vedi slide successive BOMBA DI CALORE --> 2) LEGGE DI HESS (valida sia per processi chimici che fisici) Invertendo reazione, ∆H°r stesso modulo segno opposto. una il valore di rimane dello ma di Non per

Tutte le reazioni chimiche si possono utilizzare il calorimetro, ma...somma

A partire da reazioni misurabili nel calorimetro, possiamo fare la della variazione di entalpia per calcolare la variazione nella reazione di nostro interesse.

La Legge di Hess si può applicare anche per processi fisici, come cambiamenti di stato.

I DIAGRAMMI DEI LIVELLI DI ENERGIA (su scala arbitraria di E) sottolineano il fatto che della reazione la variazione è la stessa.

∆H°f: molare standard formazione di 1 mol di composto dagli elementi costitutivi nei loro stati standard.

∆H°f di un elemento = 0.

La maggior parte dei composti ha ∆H°f < 0 (esotermica).

Il confronto di due elementi stabili indica qual è più stabile (es. -273.3 è più stabile di -35.29).

Condizioni standard: t = 25°C ; P = 1 bar

∆H°r = ∑n∆H°f (prodotti) - ∑n∆H°f (reagenti) t.tk <

PRODOTTI se→equilibri, favoriscono:

Negli nella maggior parte dei casi, le reazioni SH % 0>REAGENTII ses .mi-1TRUTIURgirano attorno al nucleo spazio grandeElettroni occupando uno molto più del nucleo.—> È difficile sapere esattamente dove sono gli elettroni, quindi quello che possiamo dire è laprobabilità di trovare un elettrone in un certo spazio attorno all’atomo.

FISICA CLASSICA macroscopiche.andava bene solo per analisiFISICA QUANTISTICA microscopici.permette di comprendere meglio gli aspettinatura della luce

Importante: e la sua interazione con la materia.

MAXWELL: teoria matematica radiazioni campi elettriciper descrivere le (compresa la luce) cone magnetici oscillanti nello spazio ortogonali), onde:(tra loro simili aRADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE: particelle cariche,(campi interagiscono con es. e-)Lunghezza d’onda: λ- distanza tra due massimi —>Frequenza: f (Hz) = 1/s]- numero di onde che passano in un punto

nell'unità di tempo —> [HerzAmpiezza: ↳- altezza di una cresta. oc = λ • fvisibile: 400 e 700 nmSpettro tra circa.aumenta: red-shift- λ —> tende al rosso diminuisce: blue-shift- λ —> tende al bluUV: 200 e 400tra nm1Å = 10^-10 m x) strutture cristalline, distanza tra nuclei.(raggi —> per studiare perché simile a gamma.RaggiIR microonde onde radio- - (corte - medie - lunghe).Metallo scaldato radiazioni λ dipende da T.—> emette elettromagnetiche:All'aumentare di T, picco λ verso gli UV.il di intensità ha spostatecaldo bianco.Più è più tende al IR e UV, calore.Vengono emesse anche radiazioni percepibili ad esempio attraversoRADIAZIONE DEL CORPO NEROcorpo cavo:Approssimazione:Radiazione rimbalza nella cavità.- equilibrio di temperatura.- Fino al raggiungimento di unbuco emessa dal buco radiazione del corpo nero.- Presenza di un nel corpo:

L'energia = Precedenti teorie: intensità maggiore con λ minore. Laboratorio: picco poi 0 negli UV. Si osservò che aumentava fino a un e scendeva a CATASTROFE DELL'ULTRAVIOLETTO. —> Max Planck: Ipotesi diatomi vibranti la radiazione emessa. Sono gli che, con le loro oscillazioni generano frequenze fondamentali. Poiché ogni oscillatore ha determinate di oscillazione, queste determinate discreti energia, frequenze di corrispondevano a e valori di con le corrispondenti oscillazione multipli. O i loro E = nhf costante di Plack)(h = n = intero positivo, ENERGIA QUANTIZZATA. Poiché Planck propose ipotesi di ∆E = E maggiore - E minore = ∆nhf ∆n = 1 livello energetico successivo più basso: E = hf. Se —> passaggio da un a quello salto di E = hf = hc / λ distribuzione di atomi vibrandi. Planck: in un corpo alta f UV)- alcuni (responsabili delle radiazioni bassa f IR)- altri (responsabili delle radiazioni maggior parte: f intermedia.- ma

Il EFFETTO FOTOELETTRICO (Einstein): Luce colpisce superficie metallica, di e-, che permette l'emissione ma solo se luce ha una frequenza sufficientemente elevata.

L'emissione o meno di elettroni è indipendente dall'intensità della radiazione luminosa. Se la luce ha una frequenza superiore alla frequenza critica (minima) verranno emessi tanti più elettroni quanto più elevata è l'intensità luminosa.

LA LUCE HA PROPRIETÀ CORPUSCOLARI.

FOTONI: pacchetti di energia. L'energia di ogni fotone è proporzionale alla frequenza di radiazione.

Ogni fotone può colpire la superficie metallica ed essere assorbito. Può trasferire la sua energia al metallo. Bisogna fornire energia sufficiente per vincere le forze attrattive dell'elettrone.

Una volta vinte le forze, l'energia in eccesso viene trasformata in energia cinetica.

dell'elettrone.

DUALISMO ONDA PARTICELLA: