Lezioni, Termodinamica

Organizzazione delle lezioni

Parte applicativa

• 2 ore lunedì mattina
• 3 ore mercoledì pomeriggio

Parte teorica

• 2 ore lunedì mattina
• 1 ora mercoledì mattina
• 1 ora giovedì mattina
• 1 ora venerdì

Esame

No prova in itinere

Prova scritta → prova orale

Testo guida

1. Smith e Van Hess
2. Pontelli, Informatoria Parte trasferizioni au generale, I e II principio, termochimica, Giuntica
3. Deabig (potenziali chimici)
4. Perry (tabelle e abiti)
5. Bettoli Mastagostino (lezioni)

Programma dettagliato

Carmelo - Parte applicativa

• 2 ore martedì mattina
• 3 ore mercoledì pomeriggio

Carmelo - Parte teorica

• 2 ore lunedì mattina
• 2 ore mercoledì mattina
• 1 ora giovedì mattina
• Venerdì (-)

Prova d'esame

No prova in itinere

Prova scritta → prova orale

Testo guida

1. Smith e Van Hess
2. Montelli (Copy shop)
3. Deabig (potenziali chimici)
4. Perry (Tabelle e abb.)
5. Betoci Mastagostino (cerchim)

Transizioni di stato

Punto transazioni in generale, I e II principio, termochimica, critica.

La termodinamica

29/09/2008

La termodinamica si basa sullo studio dei processi che avvengono tramite scambi di calore e lavoro, e quindi in entrambi c'è di energia. Anche una reazione chimica avviene tramite scambi di energia sotto forma di calore che può essere acquistato o ceduto. Oppure, come in elettrochimica, lo scambio di energia viene fatto sotto forma di lavoro elettrico. Anche gli scambi di energia si hanno nelle trasformazioni fisiche.

Ciò di cui ci interessiamo sono gli scambi di calore tra il sistema considerato e l'ambiente, cosa che vorrà poi rapportarsi nell'ambito dell'ingegneria chimica. Affinché un processo avvenga, è necessario l'intervento di una forza spingente, e una variazione di energia, cioè uno spostamento dall'equilibrio. Il nostro studio riguarda anche l'evoluzione della cinetica di un processo, cioè della sua velocità; questi aspetti dipendono dall'influenza dell'ambiente sul sistema. L'aspetto cinetico è preponderante rispetto a quello propriamente termodinamico, perché il comportamento da esso dipende dall'analisi di un sistema termodinamico.

Obiettivo da raggiungere nella descrizione di un sistema è quello di riuscire a descriverlo alla più completa e in modo tale che sia il più possibile attinente alla realtà. Un esempio è fornito dall'equazione di stato dei gas ideali basata su assunzioni di derivare dalla teoria cinetica dei gas; la sua validità è però limitata al solo caso di gas a comportamento ideale. La variante più nota da questa legge è data dall'equazione di Van der Waals già più completa della precedente. Anche questa si è però rivelata insufficiente per una descrizione rispondente alla realtà.

Il nostro scopo sarà allora quello di riconoscere quale equazione dobbiamo via via scegliere per uno studio corretto del sistema considerato. Fondamentalmente sarà anche lo studio delle fasi di un sistema e le loro caratterizzazioni. Filo conduttore di tutto ciò sarà trovare parametri ed equazioni che descrivano le esigenze del processo in primo luogo dovute alle variazioni di interazione fra le molecole costituenti il sistema.

Equilibrio

Un sistema si dice all'equilibrio quando è isolato e tutte le sue variabili chimiche e fisiche sono invarianti nel tempo. Un sistema dato da: costituisce un flusso di calore da T₂ a T₁. In queste condizioni dopo un po' di tempo si stabilisce un regime stazionario indipendente dal tempo non dipendente solo da T₁ e T₂, con un andamento del tipo:

Se il sistema non è all'equilibrio, in quanto non isolato dal momento che c'è uno scambio di calore. Se consideriamo un reattore, riempito di catalizzatori: La presenza del catalizzatore favorisce la creazione di prodotti. Se l'alimentazione è mantenuta costante, dopo un po' di tempo si stabilisce un regime stazionario cioè: Un profilo di equilibrazione e l'impostazione che variano con la sezione ma non col tempo. È un sistema aperto quindi non all'equilibrio. Non è dunque possibile determinare sperimentalmente il punto di equilibrio del sistema. Il sistema è isolato, non evolve nel tempo e quindi lo possiamo all'equilibrio. In realtà, il sistema è termodinamicamente favorito ma non lo è cineticamente in quanto avviene molto lentamente. È favorito da reazioni: H₂ + 1/2 O₂ = H₂O alla quale basta una scintilla per avvenire in maniera esplosiva.

Funzioni di stato

Le funzioni di stato sono grandezze termodinamiche che caratterizzano lo stato di equilibrio di un sistema, le cui variazioni non dipendono dal cammino di evoluzione tuttavia comunque sono dei differenziali esatti. Quasi sempre la termodinamica considera situazioni di equilibrio in quasi quindi non compa la variabilità.