Termodinamica

LEZIONE ONLINE 30

TERMODINAMICA

È quella branca della chimica-fisica che si occupa di studiare il profilo energetico dei processi (fenomeni i cui chimici come le reazioni chimiche, fenomeni i cui fisici come l'espansione di un gas)

È una parte della scienza sviluppatasi in concomitanza con la rivoluzione industriale; il punto di partenza degli studi sono le macchine a vapore (per questo motivo gli esempi principali vertono su espansioni di gas ideali in contenitori cilindrici chiusi da un coperchio mobile = pistone)

Qual è l'obiettivo dello studio termodinamico di un processo?(nel caso specifico -> reazione chimica)

Potere prevedere se il processo in esame sia spontaneo

• Le reazioni chimiche avvengono nella direzione della diminuzione di energia potenziale
• Vi è stato sperimentalmente (ed era intuibile) un guadagno energetico del sistema visto reazione

Quello che la termodinamica definisce sono dei criteri rigorosi per prevedere se il processo che si sta studiando sia spontaneo

Per raggiungere questo obiettivo:

1. Si studiano dei processi model -> semplici
2. Se ne definisce il profilo energetico
3. Si introducono delle funzioni termodinamiche dette FUNZIONI DI STATO
4. Se ne calcola il valore al variare delle condizioni sperimentali (in termini P, T, V del sistema) VARIABILI TERMODINAMICHE

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TERMODINAMICA

È quella branca della chimica-fisica che si occupa di studiare il profilo energetico dei processi.

È una parte della scienza sviluppatasi in concomitanza con la rivoluzione industriale; i principali settori su cui si esprime.

Qual è l'obiettivo dello studio termodinamico di un processo?(nel caso specifico - reazione chimica)

• Potere prevedere se il processo in esame sia spontaneo

Quello che la termodinamica definisce sono dei criteri rigorosi per prevedere se il processo che si sta studiando sia spontaneo.

Per raggiungere questo obiettivo:

1. si studiano dei processi modello, semplici
2. se ne definisce il profilo energetico
3. si introducono delle funzioni termodinamiche dette funzioni di stato
4. se ne calcola il valore al variare delle condizioni, sperimentali (in termini P, T, V del sistema)

Variabili termodinamiche

SISTEMA

materia oggetto di studio, separata dall'esterno

esempio: cilindro con gas ideale chiuso da un pistone

• APERTO: Scambia energia e materia con l'ambiente (es. cellula)
• CHIUSO: Scambia energia, ma non materia con l'ambiente (es. reazione in soluzione che avviene in un recipiente chiuso)
• ISOLATO: NON scambia né energia, né materia con l'ambiente

le pareti di un recipiente isolato sono ADIABATICHE

AMBIENTE

ambiente esterno al sistema.

esempio: solvente che lavora al sistema

UNIVERSO

AMBIENTE + SISTEMA

Il suo valore dipende solo dallo stato del sistema e vuoi come, in quale dei processi che il sistema ha compiuto per raggiungere questo stato

• FUNZIONE DI STATO: ENERGIA INTERNA

Se l'energia interna è una funzione di stato significa che il suo valore non cambia cambiando il tipo di processo, a partire di stato iniziale e finale

Se l'energia interna è una funzione di stato significa che il suo valore è "funzione delle variabili che descrivono lo stato in cui si trova il sistema

• VARIABILI TERMODINAMICHE (P,V,T)

Immagino che una trasformazione possa avvenire in tutte e 3 queste condizioni, ma se ci porta comunque da uno stato iniziale ad uno stato finale IDENTICI a prescindere della strada percorsa dalla trasformazione

ALLORA LA VARIAZIONE DI ENERGIA INTERNA SARÀ IDENTICA

e l'energia è funzione di stato

(E = energia cinetica e energia potenziale

analogia energetica del sistema

Cosa andremo a studiare...

• Scambi di calore e lavoro tra sistema e ambiente
• Scambi di energia
  • energia - calore - lavoro

Cercheremo di quantificare le variazioni di energia interna del sistema

Quando studio gli scambi di calore e lavoro utilizzo una convenzione:

Convenzione egoistica rispetto al sistema

• Q > 0 assorbito dal sistema
• Q < 0 ceduto dal sistema
• L > 0 fatto sul sistema
• L < 0 fatto dal sistema

1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

ΔE = Q + L

In una trasformazione fisica/chimica che subisce il sistema la variazione di energia ΔE è data dalla somma dei contributi di calore (Q) e lavoro (L) che compiono la variazione del sistema

Q e L sono entrambe forme di