Termodinamica chimica

Termodinamica chimica e l'energia nelle reazioni chimiche

Termodinamica chimica: questo campo permette di determinare qual è la forza propulsiva delle trasformazioni chimiche e prevederne la spontaneità. La termodinamica è la scienza che studia il calore e il lavoro, si occupa di trasferimenti e trasformazioni di energia. Generalmente, nelle reazioni chimiche l'energia si sviluppa sotto forma di calore.

C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 6 H₂O (g) + energia

Energia

L'energia è la capacità di compiere lavoro. L'energia cinetica è associata al moto, come l'energia meccanica di un corpo in movimento o l'energia termica degli atomi e delle molecole in moto. L'energia elettrica riguarda gli elettroni che si muovono in un conduttore.

L'energia potenziale è associata alla posizione dell'oggetto, ad esempio, l'energia gravitazionale, come l'acqua alla sommità di una cascata, e l'energia potenziale chimica, dove la combustione produce calore che può essere convertito in lavoro. L'energia elettrostatica è l'energia associata alla separazione di due cariche elettriche di segno contrario. L'energia potenziale è energia immagazzinata che può essere convertita in energia cinetica.

Il sistema termodinamico

Il sistema termodinamico è una quantità di materia su cui è possibile effettuare una osservazione macroscopica. Lo stato di un sistema è definito dall'insieme delle proprietà che lo caratterizzano, come temperatura (T), pressione (P) e composizione chimica. Queste proprietà sono chiamate variabili di stato o funzioni di stato perché dipendono esclusivamente dallo stato in cui si trova il sistema, non dal modo in cui esso lo ha raggiunto. La variazione di una funzione di stato dipende soltanto dallo stato iniziale e dallo stato finale del sistema.

Il sistema scambia energia con l'esterno o per passaggio di calore o mediante lavoro. Lavoro e calore sono modi di trasferimento equivalenti dell'energia. Per esempio, l'equivalente meccanico della caloria si riferisce a 1 caloria = 4,184 joule.

Calore e temperatura

Si ha passaggio di calore quando esiste una differenza di temperatura tra il sistema e l'ambiente. Calore e temperatura sono due grandezze distinte. La temperatura di un sistema è una misura della sua energia termica e della sua capacità a trasferire calore.

T₁ > T₂

Lavoro

Il lavoro in meccanica è il prodotto di una forza per uno spostamento: W = f.d. In chimica, sono importanti due tipi di lavoro: il lavoro elettrico (lavoro prodotto nell'ambito delle reazioni chimiche) e il lavoro meccanico.