Stati standard

SENSIBILE e CALORE LATENTE (Tevap)

In Viola abbiamo il Calore di Tevap Reazione (a T1)

In blu altro Calore Latente

T1 T1

Dunque possiamo dire che: T2Delta H totale = +Delta H latente + + T1

Il calore latente verrà approfondito nel plico di lezioni successive. Il primo contributo e il quarto sono stati già ampiamente discusso nelle prime lezioni. Approfondiamo il terzo contributo:

Stato standard di una sostanza pura

Per "Stato Standard" di una sostanza pura si intende la condizione in cui la sostanza è sottoposta a pressione di un bar (P°=1 bar) e ad una certa temperatura T, da specificare (se cambia T cambiano i valori di H,G,S etc. ATTENZIONE)

Lo stato "standard" si indica con un pallino sulla grandezza (Esempio: per indicare l'entalpia in stato standard si usa la denominazione H°)

Se la sostanza è un gas puro, nello stato Standard è considerato gas ideale.

Entalpia Standard di Reazione

Supponiamo di avere una reazione chimica del

la specie è un reagente) e l'entalpia standard di formazione della specie. La formula per calcolare la variazione dell'entalpia standard di reazione è la seguente: ΔH° = Σ(niΔHf°) Dove: - ΔH° è la variazione dell'entalpia standard di reazione - ni è il numero stechiometrico della specie (positivo per i prodotti, negativo per i reagenti) - ΔHf° è l'entalpia standard di formazione della specie Per calcolare la variazione dell'entalpia standard di reazione, devi quindi sommare il prodotto del numero stechiometrico di ogni specie per l'entalpia standard di formazione corrispondente. Una volta calcolata la variazione dell'entalpia standard di reazione, puoi determinare se la reazione è esotermica o endotermica in base al segno della variazione: - Se ΔH° è positivo, la variazione di entalpia è entrante nel sistema e la reazione è endotermica. - Se ΔH° è negativo, la variazione di entalpia è uscente dal sistema e la reazione è esotermica.

è un prodotto) e l'entalpia standard di formazione dellaspecie.

positivo Reazione endotermicanegativo Reazione esotermica

Nota bene:Attraverso lo stesso ragionamentoe la stessa "formula" possonoessere calcolate anche le variazionidelle altre funzioni di stato(U,S,H,G,A) per la reazione chimica.

Entalpia standard di formazione di una specie chimica

Supponiamo di avere sempre la stessa reazione chimica:

Ogni specie chimica presente all'interno della reazione (siareagenti che prodotti) ha un'entalpia standard diformazione, cioè una variazione di entalpia cheaccompagna la formazione di una quantità di quellaspecie a partire dai suoi componenti elementari.

COME SI CALCOLA L'ENTALPIA DI FORMAZIONE DI UNASPECIE?

Solitamente, essa è fornita come "dato", poichè ècalcolata sperimentalmente per ogni specie.

-l'Entalpia di formazione degli elementi nel loro StatoStandard è 0. (Esempio: O2, N2, H2, Fe, Cu)

P.S. Se

la reazione è una combustione, l'Entalpia è di "combustione" e si misura tramite bomba calorimetrica.

Esempio: Nella sommatoria, i reagenti (H2 e Cl2) presentano numero stechiometrico negativo, i prodotti positivo.

Esercizi:

1. Calcola l'entalpia standard di formazione del composto h2O a partire da idrogeno e ossigeno.
2. Calcola l'entalpia standard di reazione di:

Risoluzioni:

Esercizio 1)

Esercizio 2

NOTA BENE SUPER IMPORTANTE:

Solitamente, i valori tabulati sui libri di testo delle Entalpie di Formazione sono disponibili alla Temperatura di 25°C (298K).

Può accadere che, però, i reagenti della reazione siano disponibili a una temperatura diversa e che, a causa dell'esotermicità o endotermicità della reazione, la temperatura dei prodotti sarà ancora diversa.

In questo caso, si usa un "trucchetto" e si sfrutta la definizione di Entalpia come funzione di stato.

Qual è il trucco?

Supponiamo di avere un

Recipiente pieno di idrogeno a 10°C (T1). L'idrogeno reagisce con l'ossigeno per dare acqua. La reazione è esotermica, dunque viene prodotto calore. Mi aspetto che la temperatura dei prodotti sia più alta di quella a cui è avvenuta la reazione e di quella dei reagenti. Supponiamo che la T2 sia, ad esempio, 50°C. Poiché l'entalpia è una funzione di stato, il suo valore dipende soltanto dalle condizioni iniziali e finali, in tal caso da T1 e T2. Si può notare come la scelta della temperatura a cui deve avvenire la temperatura di reazione (e a cui devo calcolare le entalpie di formazione) può essere arbitraria purché sia NOTA.

50°C

25°C

20°C

Q1 sensibile

15°C

Qr reazione

Q2 sensibile

50°C

Le tre configurazioni sono equivalenti

40°C

essendo l'entalpia funzione di Stato. Dunque, utilizzo come temperatura di reazione quella a cui dispongo le entalpie.

15°C

di entalpia di una reazione chimica dipende solo dagli stati iniziali e finali dei reagenti e dei prodotti, indipendentemente dal percorso seguito per raggiungere tali stati. Quindi, se consideriamo una reazione chimica generica: A + B -> C + D Possiamo scrivere l'equazione di Hess come: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 Dove ΔH1, ΔH2 e ΔH3 sono le variazioni di entalpia associate a tre reazioni chimiche che seguono lo stesso percorso di reazione generico: A -> C B -> D A + B -> C + D Inoltre, la legge di Hess ci permette di calcolare la variazione di entalpia di una reazione chimica anche se non conosciamo le variazioni di entalpia delle singole reazioni che la compongono. Possiamo infatti utilizzare le variazioni di entalpia di altre reazioni chimiche conosciute per ottenere il risultato desiderato. In conclusione, la legge di Hess è un importante strumento per calcolare le variazioni di entalpia delle reazioni chimiche e ci permette di comprendere meglio il legame tra entalpia e energia interna dei sistemi chimici.Il testo formattato con i tag HTML sarebbe il seguente:

di entalpia, di una reazione che può essere composta idealmente in più reazioni parziali, è pari alla somma algebrica delle variazioni di entalpia dei singoli stati.

ESEMPIO:

Dipendenza dalla temperatura delle Entalpie di Reazione.

Per una reazione chimica abbiamo detto che: prende il nome di CAPACITÀ TERMICA STANDARD

NOTA BENE: Ricorda, CP può essere o un numero (Esempio: 4 cal/mol K) o un'espressione del tipo:

ESEMPI:

Entropie convenzionali e terzo principio della termodinamica

Per definire le differenze delle funzioni di stato a seguito di una trasformazione, occorre fissare un'entropia "arbitraria".

Tale entropia arbitraria:

- Per le "fasi condensate" (liquida e solida) a 1 bar, si considera l'entropia arbitraria:

Calcolare la variazione di entropia di una reazione è più difficile rispetto a quella di entalpia.

Per il caso isotermo:

Per il caso non isotermo: dovrebbe essere utilizzata la cella elettrochimica, ma ciò

non permette di avere dati per tutti i composti perché solo poche reazioni possono essere analizzate in quel modo. Il Terzo Principio della Termodinamica Il terzo principio della Termodinamica (o principio di Nerst) dice che: Per ogni processo isotermo che coinvolge una sostanza in condizioni di equilibrio interno, l'entropia tende a 0 quando la Temperatura tende a 0. N.B. Tale legge non vale per i liquidi superrefrigerati, che non godono di equilibrio interno. Determinazione delle entropie convenzionali. Supponiamo di avere la reazione: La reazione avviene tra specie in fase solida. Così come per l'entalpia, possiamo calcolare l'entropia di reazione come: Poiché abbiamo fase condensate a 1 bar che godono di equilibrio interno, possiamo dire che l'entropia è: Fissate le entropie convenzionali, posso leggere i cambiamenti di entropia, considerando anche eventuali passaggi di stato (in questo caso la T fusione è inclusa tra la T1 e la T2): Entropia

Standard di Reazione:

Essendo anche l'entropia una funzione di stato, calcolare la variazione di entropia che si ha grazie ad una reazione chimica significa fare un ragionamento analogo a quello per il calcolo dell'entalpia.

(Ricorda: L'entropia è positiva se le moli crescono)

P costante: