Termodinamica

TERMODINAMICA

La termodinamica studia le variazioni di energia che avvengono nei processi fisici e chimici.

FUNZIONI DI STATO

Le proprietà che determinano lo stato di un sistema sono dette funzioni di stato. Possiamo distinguere fra: PROPRIETÀ INTENSIVE, come ad esempio la temperatura e la pressione che non dipendono dalle quantità di sostanze del sistema; & PROPRIETÀ ESTENSIVE, invece, come ad esempio il volume dipendono dall’estensione del sistema.

La variazione di una funzione di stato nella trasformazione da uno stato A a B è data dalla DIFFERENZA dei valori che essa assume negli stati B ed A indipendentemente dal modo in cui avviene la trasformazione. Quindi B-A, B₂-A₂, B₃-A₃, V₂-V_A &c. Le funzioni di stato non sono tutte indipendenti le une dalle altre, infatti tra di loro esistono le cosiddette EQUAZIONI DI STATO. Ad esempio l’eq. di stato dei gas ideali: PV = nRT.

TERMODINAMICA

La termodinamica studia le variazioni di energia che avvengono nei processi fisici e chimici.

FUNZIONI DI STATO

Le proprietà che determinano lo stato di un sistema sono dette funzioni di stato. Possiamo distinguere tra: PROPRIETÀ INTENSIVE, come ad esempio la temperatura e la pressione che non dipendono dalle quantità di sostanza del sistema, e PROPRIETÀ ESTENSIVE, invece, come ad esempio il volume, dipendono dall'estensione del sistema.

Le variazioni di una funzione di stato nella trasformazione da uno stato A a B è data dalla DIFFERENZA dei valori che essa assume nei due stati. B ed A indipendentemente dal modo in cui avviene la trasformazione. Quindi B-A, T₃-T₁, V₃-V_A le funzioni di stato non sono tutte indipendenti le une dalle altre, infatti tra di loro esistono le cosiddette EQUAZIONI DI STATO. Ad esempio l'eq. di stato dei gas ideali: PV=nRT.

1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Costituisce la LEGGE DELLA CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA: L’energia dell’Universo è costante e non subisce variazioni in seguito a trasformazioni fisiche o chimiche di sistemi. In natura l’energia si trasforma o si redistribuisce in modo diverso tra i vari sistemi o le varie parti di un sistema, tuttavia la somma di tutte le forme di energia di tutti i sistemi che subiscono quelle trasformazione resta COSTANTE e non si ha creazione o distruzione di energie. Ad ogni sistema corrisponde un contenuto di energia interna E che è una funzione di stato. Un sistema può subire variazioni di energia interna in 2 modi: 1) ASSORBENDO O CEDENDO CALORE, 2) COMPPIENDO LAVORO o ESSENDO SOGGETTO A LAVORO.

Il 1° principio della termodinamica può essere espresso secondo l’equazione:

ΔE = ΔQ - L

• ΔE → variazione di energia interna del sistema;
• ΔQ → calore assorbito dal sistema.
• L → lavoro compiuto dal sistema

Nel caso in cui il sistema cede calore dell’ambiente esterno, ΔQ è negativo; L è negativo quando il sistema è sottoposto ad un lavoro.

TERMOCHIMICA

Durante reazioni chimiche si può ottenere calore. Ad esempio, il gas contenuto in una bombola viene fatto bruciare in un fornello. Il nostro scopo non è quello di ottenere CO₂ e H₂O che si ottengono dalla combustione dell’O₂ dell’aria e gli idrocarburi del gas, ma lo scopo è quello di utilizzare il calore che si sviluppa dalla reazione.

TUTTE LE REAZIONI CHIMICHE SONO ACCOMPAGNATE DA SVILUPPO O ASSORBIMENTO DI CALORE. La quantità di calore che si sviluppa in una reazione chimica può essere indicata nell’equazione stessa. Es.:

C_(grafite) + O₂ = CO₂ + 94,05 kcal.

Calore prodotto.

N₂ + O₂ = 2NO - 43,20 kcal.

Calore fornito.

Le reazioni che avvengono con SVILUPPO DI CALORE sono dette ESOTERMICHE, e quelle che invece avvengono con ASSORBIMENTO DI CALORE sono dette ENDOTERMICHE.

Talvolta le reazioni chimiche comportano assorbimento o liberazione di energia sotto forme diverse dal calore, in tal caso si parla di REAZIONI ESOERGONICHE e REAZIONI ENDOERGONICHE.

La quantità di calore che si sviluppa in una reazione chimica si dice TONALITÀ TERMICA DELLA REAZIONE.

MISURA DEL CALORE DI REAZIONE

Il calore che entra in gioco nelle reazioni chimiche può essere determinato mediante calorimetri.

Un calorimetro non è altro che un recipiente costituito da due doppie pareti e nell'intercapedine c'è il vuoto per il quale il nessun scambio di calore con l'esterno.

In questo recipiente è posto un altro recipiente più piccolo chiuso, nel quale viene fatta avvenire una reazione chimica con sviluppo di calore.

Al liquido in cui è posto il recipiente principale acquisirà calore sviluppato e la sua temperatura si alza del valore iniziale t_o al valore finale t.

Il calore Q sviluppato è dato dalla relazione:

Q = C (T - T₀)

C. OPERA