Sistema termodinamico e varie, Chimica

Sistemi termodinamici

Il primo principio della termodinamica, la legge di conservazione dell’energia, afferma che l’energia non si crea né si distrugge ma passa da un sistema all’altro. Ipotizziamo di avere un beker pieno d’acqua e lo riscaldiamo fino ad una temperatura di 60 °C. Fatto questo, lascio raffreddare il tutto. Noto che dal beker fuoriesce del vapore, ho uno scambio di materia con l’esterno. Il nostro beker lo vado a chiamare sistema, porzione di materia a cui siamo interessati, mentre tutto ciò che circonda il nostro sistema si chiama ambiente. L’unione tra il sistema e l'ambiente dà l’insieme universo.

Il caso che abbiamo descritto prima è un esempio di sistema aperto, un sistema che scambia energia e materia con l’ambiente. Se al nostro beker lo andiamo a tappare con un tappo, non avremo più lo scambio di materia ma di energia sì; si definisce sistema chiuso un sistema che scambia energia con l’ambiente ma non materia, mentre un sistema che non scambia né energia né materia si definisce sistema isolato.

Calore

Ipotizziamo di avere un campione solido, del ferro ad esempio. Quando abbiamo definito lo stato di aggregazione, abbiamo detto che gli atomi tra di loro sono legati da legami molto forti, ma la distanza di questi è soggetta a continue fluttuazioni come se al posto di legami fissi ci fossero delle molle che permettono loro un’agitazione, un’agitazione termica.

Immaginiamo di avere due campioni di ferro, uno a temperatura maggiore rispetto all’altro. Quindi il campione con temperatura maggiore avrà atomi più “veloci”, come abbiamo detto in precedenza quando abbiamo trattato le curve di distribuzione di Maxwell-Boltzmann, saranno più “agitati” rispetto agli atomi del campione con temperatura minore. Nel momento in cui questi due campioni verranno messi a contatto, l’atomo avente agitazione maggiore (A) si scontrerà con quello avente velocità minore (A’). A questo impatto, l’atomo più veloce, agitato, scambierà energia a quello con agitazione minore; tutto questo è ripetuto per ogni atomo dei due campioni. L’energia che viene trasferita dal corpo con temperatura maggiore al corpo con temperatura minore si chiama calore.

Lavoro

Esiste un altro modo per trasferire energia dal sistema all’ambiente oltre che al calore, si chiama lavoro. Definiamo lavoro l’energia trasferita quando una forza muove un oggetto. Prendiamo come esempio un contenitore con all’interno un gas sottoposto ad una determinata pressione, facciamo variare l’altezza del pistone che comprime il gas di una certa variazione.