Termodinamica, Chimica

TERMODINAMICA:

Studia le variazioni energetiche, il calore e le sue trasformazioni.

Sistema termodinamico: qualsiasi porzione di materia su cui posso effettuare misurazioni di tipo macroscopico.

Sistema

Sistema + ambiente = universo

Ambiente

Un sistema può essere:

• aperto: quando sono possibili scambi di energia e materia tra sistema e ambiente
• isolato: non sono possibili scambi di energia né di materia
• chiuso: sono possibili solo scambi di energia

In termodinamica le grandezze intensivi e estensive in equilibrio (non si hanno...) le stesse proprietà in ogni punto del sistema e le stesse si conservano nel tempo.

Variabili di stato:

Si parla di stato perché tali variabili rappresentano dello stato finale e non dai passaggi termici cui siamo arrivati a quello stato.

Esse sono: T, P, V e n° moli

P, j (intensive)

(non dipendono dalle dimensioni del sistema e non sono additive)

V, n° moli (estensive)

(dipendono dalle dimensioni del sistema e sono additive)

Funzioni di stato:

Fisse sono: l'energia interna (E o U), l'entalpia (H) e l'entropia (S) e l'energia libera di Gibbs (G).

Energia Interna:

• sistema 1
• sistema 2

E₁         E₂

Posso definire ∆E (la variazione di energia interna del sistema)

∆E = E₂ - E₁

In particolare in una reazione chimica:

∆E = E_prodotti - E_reagenti

In ambiente adiabatico di conseguenza una variazione di energia interna equivale ma di segno opposto: ∆E_amb = -∆E_sistema

Questo perchè l'energia totale dell'universo è costante, essa non si crea e non si distrugge ma può solo essere trasformata.

∆E = Q + L

dove lavoro

L'energia può essere scambiata in sotto forma di lavoro ma soltanto di calore.

I passaggi di calore avvengono dalla maggiore alla minore quando da sistema ad ambiente o viceversa.

Per quanto riguarda il lavoro tra ambiente e il sistema il pallino e l'ambiente il pallino sempre opposti uno forte e pilloso è così energia trasforma il lavoro.

L'energia del sistema dell'ambiente considerato come quadrito negativo; quella dell'ambiente di ricevere è considerato come quadrito positivo (energia in entrata).

Si possono avere 3 casi:

1. L=0          ∆E = Q
2. a) sistema=acqua bollente ∆Q>0 ∆E<0 (entra energia nel sistema)
3. b) sistema=acqua ghiacciata ∆Q<0 ∆E>0 (entra energia nel ambie)

Reazioni spontanee

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

(Si passa da uno stato più ordinato a uno più disordinato)

Entropia

Essa misura il grado di disordine di un sistema.

Si indica con la lettera S

T = Cost

H₂O(g) → H₂O(l) equilibrio (reversibile)

Basta una piccola variazione di S perché la reazione vada in una direzione o in un'altra.

ΔS = Q_rev / T

T = Cost

P = Cost

2° principio della termodinamica

Una reazione irreversibile è caratterizzata da una variazione di entropia totale maggiore di 0 (ΔS_T > 0)

ΔS_T = ΔS_sistema + ΔS_ambiente = ΔS_universo

Liquido → Solido ΔS_sist > 0

ΔS_sist < 0

ΔS_T = ΔS_sist + ΔS_amb = ΔS_uni > 0 Perché ΔS_amb > ΔS_sist

I processi reversibili (equilibrio) sono caratterizzati da un ΔS = 0

Inoltre, l'entropia è in costante aumento.

1° principio

L'energia dell'universo è costante.

2° principio

L'entropia dell'universo è in costante aumento.