Che cosa si intende per Termochimica

Richiami: Reazioni chimiche

Gas ≃ Gas perfetto (approssimazione)

Relazioni chimiche per sistemi propulsivi

• Le reazioni chimiche hanno luogo fra stati che sono, in prima approssimazione, in equilibrio.

↔ Reazioni irreversibili

⇄ Reazioni reversibili

Le reazioni sono accompagnate da uno scambio di calore (calore di reazione Q_R)

qA + bB → cC + dD

• q, b, c, d sono i coefficienti stechiometrici
• Indicano quante moli di quel reagente/prodotto prendono parte alla reazione.

Relazioni esotermiche (Q_R < 0) → Irreversibili (es. combustione, formazione di anidride carbonica)

Relazioni endotermiche (Q_R > 0)

C_solido + O_2gas → CO_2gas Q_CO2 = -393 kJ/g_mol

Reazione a p, T costanti

(dQ_p)_{p, T} = dH

Q_R = entalpia di reazione

Q_R = ΔH_R = H_p - H_R = (c Q_Fc + d Q_Fd) - (a Q_Fa + b Q_Fb)

• ΔH > 0 → Endoterm.
• ΔH < 0 → Esoterm.

Per elementi che si trovano già in natura → Q_R = 0

Es:

C_solido + O₂ → CO_2gas dobbiamo

Q_grafite = 0; Q_FO2 = 0; Q_FCO2 = 393,522 kJ/g_mol

È possibile che il passaggio da H_R a H_p avvenga tramite passaggi intermedi:

ΔH_p = Σ ẟH_i (H = funzione di Stato)

N.B. ΔH_R non dipende dal tipo o dal numero di reazioni intermedie

Una reazione chimica generica può essere espressa come:

∑_i ν_iʹ A_i ↔ ∑_i ν_iʹʹ A_i

• ν_iʹ = coeff. stechiometrico della specie i-esima volte reagente.
• ν_iʹʹ = " " volete prodotto.
• A_i = simbolo chimico per la specie i-esima.

Dalla formula è possibile notare che quando (ν_iʹʹ-ν_iʹ)-moli di A_i vengono prodotte, (ν_jʹʹ-ν_jʹ)-moli di reagenti (con j ≠ i) spariscono per effetto della reazione chimica!

N.B. il "calore di reazione" = "ΔH_R" per reazioni a P, T costanti, se invece la reazione avvenisse a volumi costante → "calore di reazione" = (ΔE)_{V, T}!

Richiami: Reazioni Chimiche

Gas ≈ Gas Perfetto (Approssimazione)

Reazioni chimiche per sistemi isolati

• Reazioni irreversibili
• Reazioni reversibili

cA + bB ⇌ cC + dD

a, b, c, d sono i coefficienti stechiometrici

Reazioni esotermiche (Q_r < 0) ⟹ Irreversibili

Reazioni endotermiche (Q_r > 0)

Reazione a P, T costanti:

(dQ_p)_T = dH

"Entalpia di Reazione"

Q_r = ΔH_P - H_R

Per elementi che si trovano già in natura ⟹ Q_f = 0

È possibile che il passaggio da H_R a H_P avvenga tramite passaggi intermedi:

ΔH_P = Σ _iq_iH_i

Una reazione chimica generica può essere espressa come:

Σ_iν_i^''A_i⁰ ⇄ Σ_iν_i^'A_i⁰

Dalla formula è possibile notare che quando ...

Esempio: (Formazione di anidride carbonica dalla ossidazione di monossido di carbonio, CO )

CO + ¹/₂ O₂ ➔ CO₂

A₁ = CO     y'₁'' = 1   y₁'' = 0

A₂ = O₂     y'₂'' = ¹/₂   y₂'' = 0

A₃ = CO₂     y'₃'' = 0   y₃'' = 1

  Quando (y₃'' - y'₃'') = 1 moli di CO₂ viene prodotta, svaniscono (y'₂'' - y₂'') = ¹/₂ moli di O₂ e (y'₁'' - y₁'') = 1 mole di CO!

⇒ A reazione completata: ΔN₁ = -1;  ΔN₂ = -¹/₂;  ΔN₃ = 1

  N.B.

                < 0 per i reagenti

    y'_i'' - y_i''               > 0 per i prodotti

Per generalizzare la trattazione conviene introdurre un parametro addimensionale:

Def   "Parametro di avanzamento della reazione"   (ε)     0 < ε < 1

  ε = 0   ➔ Reazion