La termodinamica

Se invece la pressione diminuisce avviene il contrario. Se M aumenta anche K_x. Diminuisce quindi la quantità dei reagenti e aumenta quella dei prodotti. Quindi si può riassumere dicendo che un aumento di pressione fa portare l'equilibrio dalla parte in cui ci sono dei coefficienti stechiometrici di reazione e una diminuzione di pressione invece fa portare l'equilibrio nella parte in cui si ha un aumento del numero di moli.

LA TERMODINAMICA

SISTEMA: porzione di universo le cui proprietà devono essere studiate. Alieni di il sistema sono il nostro sistema chimico ovvero l'insieme dei reagenti e dei prodotti. I sistemi possono essere aperti quando i suoi confini sono non consentire scambi di energia e di materia con l'ambiente. Oppure può non essere chiuso, quando se i confini consentono scambi di energia ma non di materia con l'ambiente. Possono essere infine isolati ovvero quando le pareti non consentono né scambi di energia né scambi di materia con l'esterno. Nella realtà, solo per un breve periodo un sistema può essere considerato isolato ma per tempi un po' più lunghi, non in alcun ad impedire lo scambio di energia.

AMBIENTE: tutto il resto dell'universo le cui proprietà non sono di interesse immediato.

La termodinamica studia gli stati di equilibrio del sistema. Uno stato di equilibrio è tale che le proprietà macroscopiche del sistema come la temperatura, le densità e la composizione chimica, sono ben definite e non variano nel tempo. Per questo tali grandezze vengono chiamate funzioni di stato.

FUNZIONE DI STATO: proprietà del sistema che ha valori definiti per ogni stato, considerati non dipendente dal modo in cui lo stato si riceve.

Se ad esempio prendo una funzione F₁ nel punto 1 e una funzione F₂ nel.

Se invece la pressione diminuisce avviene il contrario.

Se [omitted] o dell'aumentare di P aumenta anche K_x. Diminuisce quindi la quantità

dei reagenti e aumenta quella dei prodotti. Avviene la più risonanza dicendo: il

1m aumento di pressione fa portare l'equilibrio dalla parte in cui la somma dei

coefficienti stechiometrici di reazione è minore. Una diminuzione di pressione

invece fa portare l'equilibrio nell'anno in cui si ha un aumento del numero di

moli.

LA TERMODINAMICA

SISTEMA

: porzione di universo le cui proprietà devono essere studiate. Dentro

di il sistema ossia il nostro sistema chimico, ovvero l'insieme dei reagenti e dei prodotti. I sistemi possono essere

aperti quando i loro confini non

non consentono scambi di energia e di materia con l'ambiente. Oppure può

non essere chiuso, quando ci sono scambi consentendo scambi di energia

non di materia con l'ambiente. Possono essere infine

isolati, ovvero quando

a partiti non consentono né scambi di energia né scambi di materia con

l'esterno. Nella realtà, solo per un breve periodo un sistema può essere

considerato isolato. Ma per tempi un po' più lunghi, non è riesce ad impedire

lo scambio di energia.

AMBIENTE

: tutto il resto dell'universo le cui proprietà non sono di interesse

immediato.

La termodinamica studia gli stati di equilibrio del sistema. Uno stato di

equilibrio è tale che le proprietà macroscopiche del sistema, come la temperatura la densità e la composizione chimica, sono ben definite e non

variano nel tempo. Per questo tali grandezze vengono chiamate funzioni di stato.

FUNZIONE DI STATO

: proprietà del sistema che ha valori definiti per ogni

stato, considerati non dipendente dal modo in cui lo stato si vince.

Se ad esempio prendo una funzione F₁ nel punto 1 e una funzione F₂ nel

punto 2. Se è una funzione di stato, qualunque sia il modo con cui si è

ti dal punto 1 al punto 2, dobbiamo solo non dipendere da questa variazio-

ne di percorso. Quindi il valore di una funzione di stato dipende solo del punto

iniziale e da quello finale, e non da com si è entrati da 1 a 2.

La variazione sarà: ΔF = F₂ - F₁.

Nel punto 1 avremo i reagenti, mentre nel punto 2 i prodotti.

lo termodinamica ci consente, senza conoscere i valori di F₁ e F₂, di conoscere

con precisione ΔF.

L'estanza alle grandezze, come il calore assorbito e il lavoro compiuto, dipen-

dono dalla modalità della trasformazione: Vengon perciò dette funzioni non

di stato.

CARATTERISTICHE DELLE FUNZIONI DI STATO:

1) Assegnando un valore ad alcune funzioni di stato (2 o 3), automaticamente

vengono fissati i valori di tutte le altre.

2) Quando lo stato di un sistema è variato, la variazione delle/e funzio-

ne/i di stato dipende solo dallo stato iniziale e finale del sistema.

3) In conclusione, la termodinamica sviluppa tutte la relazioni intentii tra

il flusso di calore, il lavoro e le energie di ritorno all'equilibrio.

FUNZIONE TERMODINAMICA, permette del sistema che ha valori definiti per ogni

stato considerato. NON dipende dal modo in cui lo stato viene raggiunto.

Tipi di proprietà macroscopi

Le proprietà macroscopiche possono essere ESTENSIVE, cioè dipendendo dalla quan-

tità di sostanza oppure INTENSIVE, ovvero non dipendono dalla quantità di sostanza.

ESTENSIVE                                                                        INTENSIVE

• Quantità di calore (Q)                                       • Temperatura (T)
• Volume (V)                                                                 • Pressione
• Entalpia (H)                                      • Densità
• Entropia (S)

PROCESSI REVERSIBILI: Un processo si dice reversibile quando le proprietà

del sistema variano di quantità infinitesimali.

Se ad esempio vogliamo immaginare un'espansione reversibile di un gas in un contenitore a pressione minore, dobbiamo supporre che ad ogni istante la pressione del gas e quella dell'ambiente differiscano solo della quantità infinitesima dP. Così il gas ha una certa pressione P, quella dell'ambiente certa P-dP. Se si ha questa condizione, in ogni momento sarà possibile intentare che nel processo scambiando del tempo di quantità infinitesimo la pressione dell'ambiente finisca portandola a P-dP.

Un processo reversibile è ideale, ma per noi basta poter postulare questo parlano PROCESSI IRREVERSIBILI. Un processo in un risultato impossibile bloccato ad un punto desiderato della soluzione invertendolo il loro camica d'ovvero finito inviso riportando alle condizioni iniziali e impotenti con la diversità che la bo ripristi nelle inv condizioni iniziali. Se trasposizioni irreversibili non reali e non posterier, essi avvergono anche là ci né dipendis di energica. Naturalmente è possibile forsi che di altre trasposizioni non poteriev avergesso. Noe si indispensabile la speculmo fonico al sistema l'enegria millenaria.

TIPI DI ENERGIA E CONVENZIONI

3 tipi di energia sono:

• Quantità di calore (9) il calore è quella quantità di energia che fluisce, e traverso il confine di un sistema durante una trasposizione, dal sistema maggiore temperatura verso il sistema a minore temperatura. Così diverso si monitori di una entità diversa la loro temperatura per cambimento della stessa quantità di calore. Il colore è uguale a Q=C ΔT dove C e la capacità specifica. Se il corpo a oggetto serva attenzione tutto dello stesso misura, una capacità termica è proporzionale alla massa C=m c dove c e il calore specifico. Se la sostanza è hom sostanza pura, f que becer stilt refers a ad un colore specifico molare (Cm) ovvero la capacità termica di una mole di quella sostanza. Se considerano intervali non trope etti di temperatura la capacità termica non essere considerata dipendente della stella natura e della dimension del corpo, Se invece consideriamo soprae intervolti di temperature

dobbiamo considerare C come una frazione della temperatura.

Il calorimetro ci permette di valutare il calore scambiato dalla misura di una

variazione di temperatura subita. L'unità di misura del calore è la caloria (cal).

Una caloria è una quantità di calore capace di innalzare di 1 °C e 2,5 °C

la temperatura di 1 kg d'acqua. Si può usare anche la chilocaloria, pari

a 1000 cal. L'unità di misura del sistema internazionale è il Joule, in

cui 1 cal = 4,184 J. Quasi tutte le reazioni chimiche non accompagnate dalla

produzione o dall'assorbimento di calore.

Energia e lavoro meccanico (L) a seconda dei tipi di energia cambiotta

abbiamo un lavoro meccanico, un lavoro elettrico o di altro tipo. Il lavoro è

l'effetto dell'applicazione di una forza su un corpo. Se questa provoca uno spostamento dx del corpo il lavoro sarà L = F ∙ dx . Non tutti gli spostamenti

causati da una forza costituiscono un lavoro, ma solo quelli ai quali si accompagna una forza. La forza applicata è costante e F e dx sono nella stessa

direzione, il lavoro applicato è L = F ∙ Δx. Se il lavoro è misurato in Nm

quindi in Joule.

Energia e lavoro elettrico (E)

Energia interna (U) è connessa con la massa della sostanza e con i processi

energetici interni (vibrazioni, rotazioni, energie elettroniche e nucleari)

nessuno nel sistema SI, anche se complesso non si calcola l'energia interna

possiamo infatti definirla, non conoscere il suo valore assoluto. Noi ri-

ci interessanti alla variazione dell'energia interna ΔU. Quindi non conosciamo

né l'energia interna dei reagenti, né quella dei prodotti, ma posso conoscere

la loro variazione di energia interna ΔU.

CONVENZIONI:

1. Il lavoro dato dal sistema all'ambiente è assunto positivo.
2. Il calore (flusso di calore) dato dal sistema all'ambiente è assunto negativo. Si ottiene da tali considerazioni. La reazione chimica, una reazione ché quindi prende calore dall'ambiente lo raffredda, mentre una che cede lo riscalda.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

dU=dq-dw

La variazione dell'energia interna di un sistema puòavvenire attraverso lo scambio di calore o lo scambio di lavoro. Sequesto è diverso perché convenzionalmente prendiamo i segni opposti.Se integro questa formula ottengo ΔU=q-w=q-pΔV.Il lavoro meccanico infatti è uguale a ΔV perciò ci immaginiamo ditenere in un gas, il lavoro sarebbe il prodotto del gas che riceve pΔV.Se il primo principio della termodinamica afferma che l'energia non si creama si distribuisce in un tipo di energia varia, questa variazione vienecomprovata.

Un sistema può variare il suo contenuto energetico solamente se avvieneSOTTOLINEATURE SCAMBIO DI CALOREDELL'INTORNO CON L'AMBIENTECOMPOSTO.

TRASFORMAZIONI A VOLUME COSTANTE, queste reazioni nonconsumano calore. In queste reazioni pΔV si azzera perché ΔV=0, quindisi ottiene ΔU=qv e siccome qv è definizione, le variazioni di calore siriesce a misurare ad esempio con i calorimetri, le variazioni di calore sipossono conoscere. ΔU, recipienti chimici a volume costante sono chiamati anchecalorimetri.

TRASFORMAZIONI A PRESSIONE COSTANTE, sono le reazioni chimichele più comuni. Queste reazioni avvengono a recipiente aperto, in questo casopΔV non si annulla e quindi avremo qp= ΔU+ pΔVPer le reazioni che avvengono a pressione costante posso introdurre un’ulterioregrandezza chiamata entropia. È una funzione di stato ed è ugualeH = U + PV, essendo funzioni di stato posso derivare due funzioni di stato

differenziali e ottengo dH = dU - PdV + VdP

Mu e la pressione è costante allora VdP scompare

Quindi rimane qp = ΔH ovvero la variazione di entropia ΔH = il calorere di reazione pressione costante. I reazione detti calorimetri permettonotanto di misurare l'entropia (calore) di reazione.Una qualunque reazione chimica è ESOTERMICA, cioè cede calore il reazione

da l’ambiente e ho

Una reazione di prende calore dall’esterno e quindi assorbe un detto ENDOTERMICA e ha

I valori assoluti di entalpia non si conoscono. Tuttavia dato che reazioni solo alle variazioni di differenze di entalpia, per calcolare avremo una variazione di entalpia per un determinato detto stato standard. Se indichiamo con H

avremo:

In somma a attribuire il valore di 0

elementi nelle loro forme più stabili allo stato standard. Per quanto riguarda le sostanze elementari solide e molecolari formate da più stato solido o all’entalpia delle forme più stabili a 25° e che riguarda un gran numero di queste sostanze allo stato sono tabulati in una tabella di variazione di entalpia dipende dalle condizioni in cui avviene la reazione. Nella tabella son riportati i valori di di esistono reazioni che hanno un

reazioni. Se le termica o endotermica.

SPONTANEITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE

Pb

H

K

Queste sono quindi tutte reazioni spontanee, una esotermica, una endotermica e una atormica.

Quindi l'entalpia da sola non basta per definire se una reazione è spontanea o no. Bisogna quindi trovare un criterio di spontaneità. Per farlo, utilizziamo l'espressione di Gibbs.

Bisogna però prima introdurre il concetto di ENTROPIA, ovvero un'altra funzione di stato.

ENTROPIA: in un processo reversibile a temperatura costante, il calore scambiato d_qua è legato a: dS = _dqua/T.

Integrando si ha ΔS = _Δqrev/T.

I significati dell'entropia sono:

• è legata al grado di disordine del sistema. Difatti un sistema più ordinato ha entropia minore.
• è legata alla spontaneità di una reazione.

PROPRIETÀ DELL'ENTROPIA:

1. L'entropia di qualunque sostanza è 0 allo zero assoluto (0 K).
2. L'entropia assoluta delle sostanze aumenta alle condizioni standard al variare da O all'aumentare della complessità della molecola (SOLIDO, LIQUIDO, AERIFORME).

Per una reazione posso conoscere l'entropia di reazione:

ΔS^°_reazione = ΣΔS^°_prodotti - ΣΔS^°_reagenti = ΣS^°_prod. - ΣS^°_reag.

ENERGIA LIBERA DI GIBBS

Se la temperatura e pressione costante, una reazione può in principio o in pratica, venir impiegata per la produzione di lavoro utile, la reazione è termodinamicamente spontanea.

Si definisce: G = H - TS quindi dG = dH - TdS - SdT

a temperatura cost., si ha dG = dH - TdS

Se integriamo si ottiene: ΔG = ΔH - TΔS

Il ΔH ha a che fare con l'energia della reazione ovvero la formazione e rottura di legami.