Tutta teoria chimica e chimica fisica

LA CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA

Si definisce SISTEMA una parte dell'universo separata da una superficie, reale o immaginaria, dall'universo circostante, il quale viene denominato AMBIENTE.

Superficie di separazione

AMBIENTE SISTEMA AMBIENTE

A seconda delle caratteristiche fisiche della superficie di separazione, il sistema è:

• ISOLATO: non scambia né materia né energia con l'ambiente
• CHIUSO: scambia solo energia, ma non materia, con l'ambiente
• APERTO: scambia sia materia che energia con l'ambiente

• L'AMBIENTE CONDIZIONA IL SISTEMA (chiuso o aperto)
• IL SISTEMA NON CONDIZIONA MAI L'AMBIENTE

LA CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA

Si definisce SISTEMA una parte dell'universo separata da una superficie, reale o immaginaria, dall'universo circostante, il quale viene denominato AMBIENTE.

AMBIENTE SISTEMA AMBIENTE

Superficie di separazione

A seconda delle caratteristiche fisiche della superficie di separazione, il sistema è:

• ISOLATO: non scambia nè materia nè energia con l'ambiente
• CHIUSO: scambia solo energia, ma non materia, con l'ambiente
• APERTO: scambia sia materia che energia con l'ambiente

• L'AMBIENTE CONDIZIONA IL SISTEMA (chiuso o aperto)
• IL SISTEMA NON CONDIZIONA MAI L'AMBIENTE

Principio Zero

DUE SISTEMI CHIUSI, IN CONTATTO TERMICO TRA LORO, cioè in grado di scambiare calore attraverso una parte in comune della rispettiva superficie di separazione, TENDONO A PORTARSI ALLA STESSA TEMPERATURA.

Questo postulato costituisce il presupposto per tutti gli altri principi della Termodinamica e viene talora denominato.

tra due corpi in contatto termico il calore fluisce sempre da quello a temperatura superiore a quello a temperatura inferiore (ciò è conseguenza del secondo principio della Termodinamica).

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

qualunque variazione di energia del sistema deve corrispondere al bilancio complessivo di calore e lavoro scambiati con l'ambiente.

ΔU = Q + W

w = -p_ex dV

dU = q - p_ex dV

W > 0 subito = compressione

W < 0 compiuto = espansione

Q > 0 assorbito

Q < 0 ceduto

dU differenziale ESATTO (NON dipende dal percorso): FUNZIONE DI STATO

• ISOCORO (a volume costante, dV = 0),
• ISOBARO (a pressione costante, dp = 0),
• ISOTERMICO (a temperatura costante, dT = 0),
• ADIABATICO (senza scambio di calore q = 0),
• CICLICO (senza variazione complessiva di energia, ΔU = 0).

Introduzione di U per riconoscere i cambiamenti permessi (in cui si conserva l'energia)

ISOCORO

(a volume costante, dV = 0)

w = -p_ex dV = 0

dU_v = q_v = n c_v dT

ΔU_v = Q_v = n c_v ΔT

ISOBARO

(a pressione costante, dp = 0)

w = -p_ex dV

W = -p_ex (V₂ - V₁)

ΔH = ΔU + p_ex ΔV = n c_p ΔT

ΔH = ΔU + ΔnRT

per gas ideali

C_p - C_v = nR Rel. Mayer

ENTALPIA

H(T,p) (funzione di stato)

C_p = (q_p / ∂T)_p = (∂H / ∂T)_p

ISOTERMICO

(a temperatura costante, dT = 0)

dT = 0 ⇒ dU = 0 Per gas ideali

q = -w = p dV

W = ∫₁² -p dV = ∫₁² (-nRT / V) dV = -nRT ln V₂ / V₁

W = ∫₁² -p_ext dV = -p_ext (V₂ - V₁)

ADIABATICO

(a temperatura costante, q = 0)

q = 0 ⇒ dU = w = -p_ex dV

dU = n c_v dT = -p dV = -nRT / V dV

c_v dT / T = -RT / V dV

γ = c_p / c_v

p₂ V₂^γ = p₁ V₁^γ = pV^γ = costante

REVERSIBILE vs IRREVERSIBILE

|W_rev| > |W_irr|

GAS IDEALE

• isoterma
• adiabatica

Riscaldamento (raffreddamento) di un sistema ad un solo componente in condizioni di pressione costante

Nel caso in cui il sistema vada incontro a variazioni di stato fisico nell’intervallo di temperatura considerato, la quantità di calore necessaria al riscaldamento, Q = ΔH, deve essere scomposta :

ΔH = H(T₂) - H(T₁) =

= ∫₀^T_fus C_p,s dT + Δ_fusH + ∫_Tfus^T_eb C_p,l dT + Δ_ebH + ∫_Teb^T C_p,g dT

Variazione di entalpia alla fusione