Chimica fisica

La conservazione dell'energia e l'entropia

Siamo in classe, e molte persone hanno tutte e due le mani occupate con delle palline, anche il prof, e vediamo che ci sono delle persone che invece ne hanno una libera, cercando di arrivare ad avere la situazione più stabile di energia, gliela lanciamo, lui la prende per la legge della conservazione della materia quindi non cadrà. Ma se invece il prof andasse ad appoggiarsi con la schiena alla lavagna, noi saremo più comodi a lanciargli le palline o tenderemo a scambiarle tra di noi? Ovviamente tenderemo a passarcele di più tra di noi, e il prof terrà le sue palle per più tempo.

Questo è quello che accadrebbe, però la natura ha i suoi meccanismi per far aumentare l'entropia. Prendendo invece due molecole che non possono fare il legame idrogeno, e mettiamole in acqua, vedremo che (giustamente) l'acqua attorno alle molecole smetterà di fare legami idrogeno così frequenti come le molecole più lontane.

Ma ovviamente all'acqua non piace questa situazione perché ha entropia molto bassa, quindi il trucco che effettua è aumentare l'entropia del sistema interno, ossia le molecole di acqua spingono le molecole l'una contro l'altra cosicché ad esempio = 2 molecole con attorno 6 molecole d'acqua ciascuna, si stanno avvicinando e quindi una volta che si sono avvicinate, le molecole che c'erano di acqua vicine alla collisione vengono liberate, e quindi aumenta l'entropia delle molecole di acqua, perché diminuiscono le molecole attorno alle "apolari". EFFETTO IDROFOBICO: ossia l'acqua tende a far unire le cose per arrivare ad avere una entropia maggiore, ecco perché l'acqua è il fondamento della vita... Stessa cosa succede alle proteine: alcuni dei residui sono idrofobici, quindi non effettuano il legame a idrogeno, e se messi in acqua, l'acqua tenderà a farli avvicinare.arrivare all'entropia maggiore, ecco come si formano le proteine terziarie, ossia le proteine che fanno qualcosa. La stabilità delle proteine dipende da dove l'hai messa, come si sa le proteine vengono denaturate da diversi agenti, come il sale, l'aceto, l'alcol ecc... conosciute come: liotropi o cosmotropici. Ma facciamo un esempio: uova... contengono una proteina detta sulfatantestiamo facendo la torta, quindi mettiamo le uova e il lievito, le uova con i sulfatanti andranno a creare la bolla resistente, ossia la tensione superficiale maggiore, e i lieviti la gonfieranno di aria. Ora mettiamo che la mettiamo in forno quindi la cuociamo, la cottura denatura le proteine che quindi andranno a creare il reticolo ma se si attende troppo si affloscia (souffle) come facciamo a stabilizzare il tutto? Aggiungo gli zuccheri ma ancora potrebbe esserci qualcosa in più, come nonna insegna basta un pizzico di SALE e il tutto è super stabile.

Servono le proteine corrette, ossia nell'uovo ci sono 3 steps delle proteine Nànormali/fresche Iàintermedie/perfette(uova stagionate>>>>>) D denaturate 27Da sistemare

Parliamo di elettricità, quindi torniamo all'acqua. Nel ghiaccio la predominanza è la forza elettrica (non il legame idrogeno), e le strutture cristalline si chiamano ghiaccio. Ma IRONICAMENTE l'acqua non è BUONA CONDUTTRICE, µS/cm µ=10 àperché la media è circa 0 e l'unità di misura è : e la S non è l'entropia ma SIMENS scenziato. E-6 il microsimens è il contrario del Ohm (RESISTENZA) 28La conducibilità dell'acqua è minore di <2µS/cm , H2O senza Sali ecco perché è così basso, perché se guardiamo sulle bottiglie commerciali il valore è mooolto più alto perché? Presenza di Sali, perché sono ioni e che attirano a se le molecole dell'acqua.

Conducibilità dell'acqua liquida: 1A = 10 x 10^-6 W/mK.

TRANSIZIONE DI STATO:

Da liquido a gas (vapore) evapora a 100°C, solo se ha un Equilibrio di ebollizione, quindi quando la bilancia è uguale.

Perché l'acqua evapora a tutte le temperature, basta pensare ai panni sia d'estate che d'inverno, perché come funzione? Nell'aria c'è una percentuale di vapore, che se viene superata, l'acqua diventa pioggia, nebbia ecc. Oppure se invece la sera ti scordi di togliere i panni, che sono asciuttissimi, tornano ad essere bagnati il giorno dopo, perché hanno riassorbito l'acqua.

Ora guardiamo un attimo il diagramma di stato, pensa che io faccio bollire l'acqua per poter cuocere la pasta. Ad una temperatura costante tra il vapore e il liquido c'è la zona critica (ricordate?). Lo rivediamo tra poco.

L'acqua è l'unica ad avere queste ampiezze, ed.

èdovuto dal mitico legame Idrogeno. Ma il ghiaccio galleggia? Si, il primo, perché glià altri no, transizione solido-solido cinetica. Temperatrice = evita che accada il blooming al cioccolato, ossia una delle 6 forme cristalline del cioccolato, ed è la patina bianca del BURRO DI CACAO che viene a galla dopo che il composto viene scaldato (tasca di bimbo in piena estate). Abbassa la vita del prodotto sullo scaffale, e queste macchine evitano ciò. DA RICORDARE <3 sono inerenti all’acqua 1 cal = 4, 184 J (ricorda che entalpia è energia J). H DI EVAPORAZIONE= 40700 J/mol (è una media circa in base alla temperatura) il prof le ha date. H DI FUSIONE= 6009 J/mol. H DI SUBLIMAZIONE= 5091 J/mol (poco con l’acqua, ma più che altro con altro). Cp = 34,9 J/mol K (gas/vapore). Cp = 75,3 J/mol K (liquido). Cp = 37 J/mol K (solido). Come si misura la densità dell’acqua? Semplice, massa su volume, ovviamente chi ha la densità più

alta sta più in basso, e l'acqua a 4° affonda fino a raggiungere una temperatura più alta e quindi tende a salire, e grazie a questa cosa c'è il movimento all'interno del mare (e quindi non è stagnante) ecco anche il perché della vita lì sotto.

1000 kg/m³ 1 g = 1 cm³ 3 29

L'acqua scioglie, ma come mai? Semplicemente se prendiamo un qualcosa di cristallino, (ordinato quindi un sale) e lo si mette in acqua, essendo formato da ioni (pos e neg) l'acqua andrà a formare dei legami di tipo elettronico e non a idrogeno con gli ioni. E anche qua cambierà l'effetto idrofobico dell'acqua. Di conseguenza romperà la struttura cristallina del sale. La K dipenderà da qualcosa? No è una costante, rimane w10. Va beh diciamo le cose bene, è una costante se abbiamo la temperatura (25°) e la pressione costante. Infatti la K indica una COSTANTE DI EQUILIBRIO, con l'acqua prende il nome

di equilibrio di dissociazione dell'acqua.

EQUILIBRIO CHIMICO

Riprendendo il secondo principio della termodinamica ossia che l'entropia tende ad aumentare, non avendo vincoli e raggiungere l'equilibrio... DS=0 e vale SEMPRE

Riprendiamo il grafico possiamo vedere che l'entropia massima è quando ho un punto di massimo. I lati si dicono PROCESSI SPONTANEI perché avvengono al di fuori dell'uguaglianza, ossia quando l'entropia aumenta (arrivando sia da destra che da sinistra) noi possiamo andare contro all'universo ponendo dei vincoli e ne abbiamo un paio in particolare che andremo a sfruttare, ossia la Pressione = 1 atm e la temperatura = 36°C è difficile andare contro l'universo perché possiamo riuscirci per un tot di tempo ma non abbiamo garanzia di durabilità. Per questo abbiamo un'altra forza che è chiamata FORZA DI GIBBS che in realtà è un'ENERGIA

Definizione dell'energia libera di GIBBS

G =

H-TS le cui variabili sono G(S,T,n , n …)1 2

Poniamo i vincoli, ossia dp=0 e dT=0 (QUANDO QUELLO CHE STO SCRIVENDO VALE SOLO A QUESTE CONDIZIONI)

Variabili ora sono G(n , n …) solo la mole1 2

EQUILIBRIO = dG=0 ossia il punto di MINIMO AßàB

Questa doppia freccia significa equilibrio, e possiamo dire che è inequilibrio quando il loro rapporto non cambia.

Ricordiamoci la vasca di palline. 30à

Ora scriviamo la formula di dG=dH-d(T-S) dG = dH – dTH – TdH ma se mettiamo la dT=0 ossia uguale a costante la formula diventa dG= dH – TdS DG DH DG DH

Passato per l’integrale avrò i delta = - TDS ma se io dovessi dire che = 0 cosa dovrei dire? Che sia DH…uguale a TDS che con il meno davanti va a essere l’opposto di

Questo è alla base della vita, l’equilibrio tra l’ordine (DH) e il caos (DS) dettato dalla temperatura ( il limite). Facciamo un esempio.

Per la riproduzione abbiamo il DNA, che per duplicarsi

bisogna aprirlo e le proteine dell'RNA vanno a copiarlo bla bla…ma avete idea di quanto sia faticosa la fase di rottura tra i nucleotidi? Sono tenuti assieme dai mitici legami di idrogeno, e la potenza da applicare deve essere pari a circa 30.000 J/molbp per arrivare ad una situazione di equilibrio, un po' impossibile…meno male direi, infatti il caos deve essere maggiore di 100…ΔG = 30.000 – 300(T) x >100 (ΔS) ≤ 0 In soldoni, noi abbiamo la grandezza delle cellule uguale a quella degli elefanti? Si certo, perché quello che cambia è l'individuo non la cellula. E posso dire che in un sistema dove T e p sono costanti posso giocare su ΔH, T, ΔS sfruttando il disordine e l'ordine. ΔG, Per ogni processo spontaneo bisogna guardare il perché se quello fosse 0 allora mi rimarrebbe… Quella della temperatura è una proporzione, perché bisogna immaginarcela come la legge, il ΔH rappresenta la giustizia mentre il ΔS il malvivente. E latemperatura deve essere costante quindi non cidee essere alcun tipo di disordine per sopravvivere. Perche ovviamente pensando ai paesi nel mondo, possiamo dire che l'Italia ha una temperatura mite mente la Corea del Nord ha una temperatura più alta data dall'esagerato controllo (DH>DS, dittatura) sono le zone più pericolose. Ma ovviamente c'è anche la prevenzione, ossia la riduzione della possibilità che un evento nefasto avvenga, la bottiglia la sposto più in centro sul tavolo per evitare che cada. La vita è una Pesca (frutto). L'albero fa la pesca, impiegandoci una fatica bestiale, ed è buona, succosa e colorata. La vacca che mangia questa pesca non sa che vi è presente un seme dentro questa pesca, che non può digerire, e che quindi andrà.