Termochimica

La TERMODINAMICA è una branca della chimica che studia gli aspetti quantitativi degli scambi di calore tra sistema e ambiente. È una parte della TERMODINAMICA. La TERMODINAMICA è la scienza che studia le trasformazioni dell’energia.

• Il PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA permette di definire e quantificare i flussi di energia (I° PRINCIPIO TERMODINAMICA).
• Il II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA permette di determinare la direzione del flusso di energia e la sua qualità.
• Ogni sistema energetico (reattore, nucleare, sole, cellula, turbina a gas) è sottoposto al I e al II principio della termodinamica.
• La termodinamica può essere usata per calcolare e prevedere i cambiamenti energetici di un sistema.

Per sistema si intende l’oggetto del nostro studio, mentre per ambiente la restante parte dell’universo che circonda il sistema.In rapporto all’ambiente, un sistema può essere ISOLATO APERTO CHIUSO:

• ISOLATO: non può scambiare con l'ambiente esterno né energia né materia. Es: un liquido in un thermos è un esempio di sistema isolato.
• CHIUSO: può scambiare con l’ambiente esterno energia e non materia. Es: una bombola di gas chiusa può raffreddarsi o riscaldarsi ma non può scambiare materia con l'ambiente.
• APERTO: può scambiare con l’ambiente esterno sia materia che energia.

SISTEMA-AMBIENTEAMBIENTE TERMODINAMICO

L'energia

L'energia è l'attitudine che ha un corpo per compiere un lavoro.

L'energia si presenta in diverse forme: meccanica, elettromagnetica, termica, chimica, nucleare, potenziale. L'energia non può essere creata né distrutta, può soltanto trasformarsi.

Il Primo Principio della Termodinamica

"L'energia di un sistema isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma passando da una forma a un'altra."

Se l'energia si conserva, la variazione di energia interna deve essere uguale al calore assorbito (energia in ingresso) meno il lavoro compiuto (energia in uscita).

ΔU=Q-W

Principio di Lavoisier

Fu Lavoisier a enunciare il I principio della dinamica, legato al principio di conservazione dell'energia.

Energia Interna (U)

L'energia interna di un sistema fisico dipende soltanto dalle condizioni in cui esso si trova e non dalla sua storia passata. È la somma di tutti i tipi di energia del sistema.

ΔE=q+w

dove

• q è il calore assorbito o ceduto
• w è il lavoro compiuto

Definizione di Spontaneità

Se consideriamo un corpo caldo che ha H=39 ed uno freddo con H=19, se li mettiamo a contatto possiamo utilizzare il calore del corpo caldo per scaldare quello freddo.

Alla fine i due corpi avranno la stessa temperatura, quindi una parte del calore è stato utilizzato per scaldare il corpo freddo in una sola direzione. Questo è un processo spontaneo.

I processi spontanei sono ad esempio i processi esotermici e non quelli endotermici. Infatti, i processi inversi non sono spontanei.

Da qui possiamo ricollegarci al II principio della dinamica termodinamica:

II Principio della Termodinamica

È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di fare passare calore da un corpo più freddo a uno più caldo. Il enunciato, Clausius

È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di associare una determinata quantità di calore da un'unica sorgente e trasformarla integralmente in lavoro. Il enunciato, Lord Kelvin

Il rendimento (η) di una macchina termica è dato dal rapporto tra il lavoro totale W prodotto dalla macchina in un ciclo e la quantità di calore Q₂ che, in un ciclo, la macchina preleva alla sorgente calda. Il enunciato

• η = ^W/_Q2
• Rendimento = ^{Lavoro in 1 ciclo (J)}/_{Calore assorbito in 1 ciclo (J)}

Quindi, solo una parte dell'entalpia può essere utilizzata per produrre lavoro.

All’equilibrio:

Se tutti i reagenti e i prodotti di una reazione sono gassosi, K coincide con K_p mentre, se sono tutti in soluzione, K è calcolato come K_c.

Ricordiamo che:

• G è una funzione di stato;
• dipende solo dallo stato iniziale e dello stato finale;
• non dà alcuna indicazione sulla velocità con cui avviene la reazione;
• non dà alcun indizio sugli stati intermedi della reazione.

K è un indicatore della spontaneità. Se K>1 la reazione è spontanea.