Appunti Fondamenti di chimica

Termodinamica e Termodinamica Chimica

SOLIN→• .25°CACIDA< 7- →o A> BASICA7- →oTermodinamicamcstg-TERMOCHIMICATermodinamica: calore lavoro.scienza del e del∆E associate a cambiamenti fisici e reazioni chimiche.Calorimetria: permette di capire quante mol di una determinata molecola vengono ad esempiorimosse da un’altra molecola, in base all’energia fornita/prodotta e la temperatura a cui avviene ciò.Legge di conservazione dell’energia: l’energia non può essere creata né distrutta, solotrasformata. L’energia dell’Universo è costante.energia cinetica termica) riscaldamento raffreddamento.1. Trasferimento di (energia per oEnergia transizione di fase.2. coinvolta in unaSistema:- oggetto o insieme di oggetti sotto studio (reagenti, prodotti, solvente).Ambiente:- tutto ciò che sta attorno al sistema e che può scambiare con esso materia ed energia(recipiente, aria nella stanza, tutto ciò che è a contatto con

1. recipiente e può scambiare E e materia).
2. atomico:
   • A livello sistema: singolo atomo/molecola.
3. ambiente: tutto ciò che circonda, come il cristallo in cui è contenuto l'atomo o la molecola.
4. SISTEMA:
   • Aperto: energia materia. - scambia e
   • Chiuso: energia. - scambia solo
   • Isolato: nulla. - non scambia
5. DIATERMICO: permette scambio di calore se è presente un gradiente di temperatura.
6. ADIABATICO: non permette scambio di calore anche con gradiente di temperatura.
7. scambio di calore sistema ambiente: equilibrio termico, - C'è uno tra e fino a ovvero quando i due elementi hanno la stessa temperatura; in questo caso termina lo scambio.
8. spontaneo - Scambio di energia termica dall'oggetto più caldo all'oggetto più freddo.
9. sistema isolato, - In un la quantità di energia persa dal corpo più caldo è pari a quella acquisita dal corpo più freddo: legge di conservazione dell'energia.
10. Direzione trasferimento

calore; reazione:esotermica: dal sistema all'ambiente- energia (in forma di calore, q) trasferita (Δq sistema < 0).endotermica: dall'ambiente al sistema- energia (in forma di calore, q) trasferita (Δq 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 * ΔTenergia ceduta o acquistata calore.

q = quantità di sotto forma diq + endotermica.

- Se segno di è —> reazioneq - esotermica.

- Se segno di è —> reazionesegno direzione trasferimento).

ΔT = T finale - T iniziale (il di ΔT da informazione suisolato: ΔE del sistema = 0. conservazioneSistema somma delle (Legge di

dell'energia). Perché l'energia non viene ceduta all'esterno o acquisita dall'esterno.

CAMBIAMENTI DI STATO

Solido 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 leminime.risultano essere fornisce energia

In entrambi i casi si per superare le forze attrattive.

Calore di fusione (J/g): energia un solido in liquidoquantità di necessaria per convertire alla T difusione.

Calore di vaporizzazione (J/g): energia un liquido in gasquantità di necessaria per convertirealla T di ebollizione. passaggi di stato rompere le forze

IMPORTANTE: durante i l'energia è usata per che tengonotemperatura non aumentaunite le particelle, per cui la (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(oLAVORO (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 ∆U: variazione del contenuto energetico, variazione dell'energiadefinito dalla nel sistema e dellavoro compiuto dal o sul sistema. È la somma di tutti i trasferimenti che avvengono tra sistema econservazione dell'energia.ambiente. Anche qui risponde alla legge diL'energia interna U: cinetica movimentosomma di energia (associata al delle particelle) epotenziale attrattive repulsive(associata alle forze e tra nuclei ed elettroni nel sistema).∆U calore trasferito lavoro compiutoQuindi 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,

conw = -P∆V∆U = q + w∆U = qv - P∆V [dove qp —> calore a pressione costante]

qp = ∆U + P∆V = ∆H VARIAZIONE DI ENTALPIA][ovveroENTALPIA (H) H = U + PVfunzione di stato: stato iniziale e finale.È una non dipende 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’energiatecnica sperimentale che permette di sviluppata o assorbitain un processo chimico o fisico.calorimetro.- Strumento:P costante: ∆H1) A misura delV costante: ∆U combustione potere calorico2) A misura del (usata per e degli alimenti)CALORIMETRO A

TAZZA →1) } vedi slide successive

BOMBA DI CALORE →2) 5.6 Calorimetria

Calorimetria a P costante: misura del H. Calorimetro a tazza.

Il polistirolo è un isolante molto efficace e minimizza il trasferimento di E informa di calore tra il sistema e .

La reazione chimica viene condotta del bicchiere.

Se la reazione è esotermica (cede E soluzione) e la T della soluzione .

Se la reazione è endotermica la T della soluzione (E assorbita dallasoluzione).

La H si può calcolare se sono note la massa, la C della soluzione e lavariazione della T. Sistema AmbienteReagenti Tazza e lo spazzioSoluzione circondanteProdottiVariazione di E durante la reazione q .r5.6 CalorimetriaCalorimetria a P costante: misura del H. Calorimetro a tazza.

La durante la reazione, sia cedendo E potenziale immagazzinata neireagenti che assorbendo E e trasformadola in E potenzialeimmagazzinata dai prodotti q .rè quella acquistata o ceduta in forma di calore dalla soluzioneq

Secondo alla legge di conservazione q + q = 0

Incognita è q.

5.6 Calorimetria

Calorimetria a V costante: misura del U.

Un campione pesato di un combustible solido/liquido viene inserito in una bomba un cilindro con pareti e coperchi molto spessi.

La bomba viene posta in un contenitore pieno di H2O con pareti ben isolate.

La bomba viene riempita con O2 puro e viene innescata la combustione del campione (scintilla elettrica).

Il q generato dalla combustione riscalda la bomba e l'H2O.

Il sistema è costituito dalla bomba, dal suo contenuto e l'H2O.

5.6 Calorimetria

Calorimetria a V costante: misura del U.

La valutazione del trasferimento di E in forma di q del sistema mostra che q + q + q = 0

q della bomba acqua = E sviluppata come calore dalla reazione.

q = E coinvolta nel riscaldamento della bomba.

q = E coinvolta nel riscaldamento dell'acqua calorimetro.

In un calorimetro a V costante (delta V = 0) non può avvenire un trasferimento di E come w. Quindi l'E viene trasferita a V costante.

(q) è pari alla variazione di energia interna U.

LEGGE DI HESS (valida sia per processi chimici che fisici)

Invertendo la reazione, ∆H°r ha lo stesso modulo ma segno opposto.

Non per tutte le reazioni chimiche si può utilizzare il calorimetro, ma...

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

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

DIAGRAMMI DEI LIVELLI DI ENERGIA (su scala arbitraria di E)

indipendentemente dal percorso

Sottolineano il fatto che della reazione la variazione è la stessa.

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

∆H°f di un elemento = 0.

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

Due elementi stabili a temperatura ambiente possono reagire per formare un composto instabile.

confronto indica qual è più (-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 < OPRODOTTI se→equilibri, favoriscono:

Negli nella maggior parte dei casi, le reazioni SH % 0>REAGENTII ses .mi-1TRUTIURgirano attorno al nucleo spazio grande

Elettroni occupando uno molto più del nucleo.—> È difficile sapere esattamente dove sono gli elettroni, quindi quello che possiamo dire è la probabilità di trovare un elettrone in un certo spazio attorno all’atomo.

FISICA CLASSICA macroscopiche.andava bene solo per analisi

FISICA 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-)