Chimica - Appunti

La variazione di entalpia e la legge di Kirchoff

La variazione di entalpia di una reazione dipende dalla temperatura secondo la legge di Kirchoff. Questa legge ci permette di calcolare la variazione di entalpia in relazione alla temperatura.

La variazione di entalpia a pressione costante è maggiore di quella a volume costante. Questo perché a pressione costante una parte del calore assorbito dal gas viene utilizzato dal sistema per produrre lavoro PΔV quando si espande contro la pressione esterna. Invece, a volume costante non viene effettuato alcun lavoro.

Per aumentare di 1°C la temperatura di una mole di gas mantenuto ad una temperatura esterna costante, dobbiamo fornire la quantità di calore C = C + PΔV.

Consideriamo due cilindri contenenti ciascuno una mole di gas ideale. Il cilindro A ha volume costante, mentre il cilindro B ha pressione costante. L'esperimento consiste nel riscaldare i due cilindri in modo che la temperatura aumenti di 1°C. L'aumento del volume nel cilindro B comporta che sia stato effettuato un lavoro di espansione.

Questi concetti sono importanti per comprendere il comportamento degli idrocarburi e per applicare la legge di Kirchoff nel calcolo delle variazioni di entalpia nelle reazioni chimiche.

ad assumere quella del recipiente che li contiene, raggiungendo l'energia cinetica minore possibile rispetto alla forza gravitazionale. Le forze intermolecolari che si instaurano in un liquido sono intermedie tra quelle nei gas e quelle nei solidi. Nei solidi le forze intermolecolari sono abbastanza alte da mantenere le particelle in determinate posizioni e l'energia cinetica è solo di tipo vibrazionale. Nei gas invece esse sono molto deboli e si osserva una grande facilità di movimento. Molte proprietà dei liquidi hanno valori intermedi tra quelli dei solidi e gas. I liquidi sono praticamente incompressibili e la loro densità è molto più simile a quella dei solidi. Le molecole dei liquidi possono scorrere abbastanza facilmente le une sulle altre, anche se la struttura, le interazioni molecolari e il peso possono influire su tale comportamento.

Tensione Superficiale

I solidi e i liquidi possiedono una superficie che presenta caratteristiche

Un vapore in liquido, e la relativa entalpia di condensazione ΔH cndmisura la quantità di calore necessaria per condensare una certa quantità di vapore.

Tensione di Vapore

Se consideriamo un liquido puro lasciato in un recipiente aperto, dopo qualche tempo si noterà che essosarà completamente sparito e si sarà trasformato in vapore. Mentre se conduciamo lo stesso esperimentoin un recipiente chiuso si nota che una parte di esso passa in fase vapore e dopo un certo tempo sistabilisce una situazione di equilibrio dinamico, per cui il numero di particelle che passa dallo stato liquidoa quello aeriforme nell’unità di tempo sarà uguale al numero delle particelle che invece passa dallo stoaeriforme quello liquido. La pressione che in condizioni di equilibrio le particelle di vapore esercitano sulliquido è detta tensione o pressione di vapore, ed è solo funzione della temperatura e delle forzeintermolecolari.

è rappresentato per tutti i liquidi come una parabola con la concavità verso l’alto, il cuiramo si distacca dall’asse x man mano che la temperatura cresce, facendo crescere la pressione di vapore.

Essa aumenta all’aumentare della temperatura e delle forze intermolecolari e diminuisce al diminuire dellatemperatura e delle forze intermolecolari.

Legge di Clausius-Clapeyron

L’equazione di Clausius-Clapeyron regola l’andamento lineare della funzione che serve a graficizzare laTensione di Vapore in funzione della Temperatura, perciò permette di prevedere la Tensione di Vapore allatemperatura desiderata conoscendo quella relativa ad un’altra temperatura. Log P= -ΔH /RT+costante,evpdove ΔH , rappresenta l’entalpia del generale passaggio di stato, in questo caso evaporazione, e T è laevptemperatura assoluta. Possiamo notare che il valore di P sarà tanto più piccolo quanto maggiore sarà ΔH

evpe minore sarà la temperatura. Considerando due generiche pressioni di vapore relative a due temperature otteniamo, se le due temperature differiscono di poco, che Log(P₁/P₂)=-ΔH/R*(1/T₁-1/T₂).

Idrocarburi

Curva di Riscaldamento

Lo stato di aggregazione di una sostanza dipende dai suoi valori di temperatura e pressione. Gli stati di aggregazione sono determinati principalmente dal tipo di forze esistenti tra le particelle e sottraendo o fornendo energia sotto forma di calore si possono modificare queste forze facendo avvenire un cambiamento o passaggio di stato. Nel caso di cambiamenti di stato che vengono fatti avvenire all'interno di un recipiente chiuso e in presenza della sola specie in esame allora il diagramma viene preso in considerazione come diagramma di stato ed è caratteristico per ogni sostanza. Ad esempio se supponiamo di riscaldare una sostanza a partire dalla temperatura T₀ e studiandone il grafico otteniamo la curva di riscaldamento.

Primo tratto: la sostanza si riscalda, e il calore fornito viene utilizzato per aumentare l'energia cinetica del sistema, aumentandone le vibrazioni che divengono sempre più significative fino a raggiungere la temperatura di fusione. Qui la sostanza inizia a fondere mentre la temperatura rimane costante nel tempo. La lunghezza di questo tratto dipende dalla quantità di materia presente, e il calore necessario a formare 1 grammo di sostanza da solido a liquido prende il nome di calore latente di fusione, che se parliamo di moli si chiama calore latente molare di fusione.

Poi il liquido continua a riscaldarsi fino ad arrivare a una temperatura di ebollizione che permette alle molecole di vincere le forze che le tenevano unite nel liquido. Allo stesso modo, durante l'ebollizione, la temperatura rimane costante e la quantità di calore necessaria a trasformare 1 grammo di materia da liquido ad aeriforme viene chiamato calore latente di evaporazione.

Dopo questo tratto la...

Osservando il diagramma di stato dell'acqua notiamo che esso è diviso in tre zone, esso inizia con una retta inclinata che poi si scinde in due rette. In ognuna delle tre zone è presente un solo stato di aggregazione. Nei punti di questi spazi è possibile, entro un certo limite, variare la pressione e la temperatura senza che vari lo stato di aggregazione. Le curve che

separano tali regioni rappresentano curve di equilibrio tra due stati di aggregazione, e in queste ad ogni valore fissato di temperatura o pressione corrisponde un solo valore di pressione o temperatura. Le tre curve si intersecano in un punto detto punto triplo, in cui esistono in equilibrio i tre stati di aggregazione. Le coordinate del punto triplo sono caratteristiche per ogni sostanza, e si dice che esso corrisponda ad un sistema di con grado di libertà zero o zero variante, perché modificando temperatura o pressione si ha la scomparsa di almeno una fase. Nell'Acqua possiamo notare che se la pressione è inferiore a quella del punto triplo non vi è la fusione ma si passa direttamente allo stato di vapore. Una volta raggiunta la temperatura di 374°C detta temperatura critica, e la pressione di 218 atm, detta pressione critica, si è al punto critico della sostanza e si ottiene il fluido supercritico, con caratteristiche tra quelle del gas e

quelle del liquido.

Proprietà dell'Acqua

Le molecole di Acqua sono tenute insieme da legami Idrogeno. L'Acqua solida è meno densa dell'Acqua liquida e a 3,98°C si ha una densità dell'Acqua pari a 1,000 g/mL. Nel ghiaccio ogni molecola d'Acqua è legata ad altre quattro molecole di Acqua.

Idrocarburi

Generalità

Una condizione necessaria affinché una reazione avvenga è che le particelle dei reagenti vengano a contatto, si urtino. Data la natura microscopica delle particelle, per dar vita ad una reazione c'è bisogno dell'urto tra due particelle, ma il fatto che ad essere coinvolte siano tre particelle è molto improbabile, ed è quasi impossibile che avvenga un urto tra quattro particelle. Perciò nel caso in cui la reazione preveda il coinvolgimento di due o più molecole, è necessario che essa avvenga in più fasi, dette stadi semplici o elementari che