Cos'è la Termochimica (energia libera, entalpia, calore specifico)

ENERGIA

Capacità di un sistema di compiere un lavoro o produrre calore.

SISTEMA: porzione di materia oggetto di studio

• Isolato: non scambia né materia né energia
• Chiuso: scambia solo energia con l'esterno
• Aperto: può scambiare sia materia che energia

VARIABILE / FUNZIONE DI STATO: variabile il cui valore non cambia con l'esterno.

EQUILIBRIO: stato di un sistema in cui i valori delle variabili di stato si mantengono costanti nel tempo.

ENERGIA INTERNA = U : funzione di stato che rappresenta la somma di tutte le forme di energia possedute da ciascun componente di un sistema.

La variazione di energia interna di un sistema non isolato è data dalla somma delle quantità di calore e lavoro scambiate durante una qualsiasi trasformazione: ∆U = Q + L.

Per convenzione:

• Calore ceduto dal sistema all'esterno: Q < 0
• Calore fornito al sistema dall'esterno: Q > 0
• Lavoro prodotto dal sistema all'esterno: L < 0
• Lavoro compiuto sul sistema dall'esterno: L > 0

Un tipo di lavoro compiuto da un sistema chimico è l'espansione contro una pressione.

esterna = PV. Se non varia il volume, il sistema non scambia lavoro con l'esterno; quindi la variazione di energia interna è anche = ∆∆ U uguale al calore scambiato in una trasformazione condotta a volume costante. Q (volume a costante) → ENTALPIA: H = U + PV è una funzione di stato. La variazione di entalpia di un sistema è pari alla quantità di calore scambiato durante una trasformazione ∆ H = ∆ che avviene a pressione costante. Q (pressione costante) p' < 0 ∆ H calore ceduto dal sistema all'esterno > 0 ∆ H calore fornito al sistema dall'esterno ∆ H → Entalpia molare di formazione = entalpia di una reazione che a partire dagli elementi porta alla formazione di 1 mole di composto ∆ H → Entalpia molare di reazione = calore scambiato dal sistema in una reazione condotta a pressione costante: → a A + b B c C + d D( ) = H - H = +d - (a + b) ∆ H c H H H H r prodotti reagenti C D A B ∆ H → Entalpia molare di combustione = calore

standard di combustione∆ f0H = entalpia molare standard di formazione: determinata in condizioni standard per 1 mole di composto a partire dagli elementi nel loro stato standard

f0H = 0 : l'entalpia molare di formazione degli elementi nel loro stato standard è zero.

L'entalpia è una grandezza che dipende dalla temperatura, ma può essere ritenuta costante su certi intervalli. Perciò i valori di AH determinati a 25°C, vengono usati anche per reazioni condotte a temperature diverse purché a queste temperature i composti si trovino nello stesso stato.

CALORE SPECIFICO = c = calore necessario per aumentare di 1°C la temperatura di 1 grammo di sostanza

Anche i calori specifici variano con la temperatura ma possono essere ritenuti costanti su piccoli intervalli.

CALORE MOLARE = C = calore necessario per aumentare di 1°C la temperatura di 1 mole di sostanza

Il calore molare si può ottenere dal calore specifico considerando il peso

Il calore molare della sostanza è rappresentato dalla formula: C = c ∙ Ms

Il calore molare rappresenta il rapporto fra il calore scambiato da 1 mole di sostanza e la variazione di temperatura: C = Q / T

Poiché la trasformazione in cui viene scambiato calore può essere condotta a pressione costante o a volume costante, si ha: C = Q / T = H / T C = Q / T = U / p p v v ∆ T ∆ f0

I valori di H sono stati determinati sperimentalmente per una quantità limitata di specie, inoltre non tutti i composti possono essere ottenuti a partire dagli elementi.

Nei casi in cui H di una reazione non possa essere determinato sperimentalmente, può essere calcolato applicando la legge di Hess. Questa è basata sulla considerazione che l'entalpia è una funzione di stato, quindi dipende solo dallo stato iniziale e dallo stato finale.

Il valore del H di una reazione non dipende dal cammino percorso ma solo dalla natura e dalla quantità di reagenti e prodotti.