Lavoro e 1 Principio Termodinamico

CHIMICA

LAVORO di Tipo PΔV

• Se comprimo il sistema → ΔV < 0
• Se il sistema si espande → ΔV > 0
• Se faccio lavoro sul sistema comprimendolo → ΔE > 0 energia ENTRA
• Se il sistema fornisce lavoro per espandersi → ΔE < 0 energia ESCE

P = _F/_A dove A = area del pistone

L = F ΔS = P A ΔS = P ΔV

Quando il sistema compie un lavoro di tipo L = P ΔV la sua energia diminuisce

[Per tenere conto di questo si pone il segno meno davanti a P ΔV]

Quindi,

-P ΔV = ΔE uguale alla diminuzione di energia

Lavoro Reversibile

N = mg

F_attiva - F_attrito = m⋅a

F_s > F_a

F_fs = μ_sN

F_a = μ_dN

dL = F⋅ds (Lavoro Infinitesimo) L = ∫ F_attiva ⋅ds (Lavoro Integrale)

dL = F_attiva ds - m⋅a⋅ds + F_attrito ds = m⋅ dv/dt ⋅ ds + F_attrito ds

dL = m⋅dv/dt ⋅ ds + F_attiva ds = m⋅v dv + F_attiva ds

L = ∫_i^f F_attiva ds = ∫_i^f m dv/dt ⋅ ds + ∫_i^f F_attiva ds

L = ∫_i^f m ds/dt dv + ∫_i^f F_attivo ds

Lavoro Reversibile e lavoro di tipo PAV

L = ∫_i^f F_attiva ds = ∫_i^f m⋅v ds + ∫_i^f F_attrito ds = [¹/₂mv_f² - ¹/₂ mv_i²] + L_spostamento

ΔEnergia Cinetica

Il lavoro di spostamento è contro la forza d'attrito.

• Se non si trova all'equilibrio c'è anche una componente relativa all'aumento della velocità del corpo.
• Se si trova all'equilibrio in condizione di reversibilità tale componente scompare: v è costante, e il lavoro di spostamento contro le forze d'attrito nullo.

Descrizione Microscopica

Si considera il sistema formato da atomi o molecole della stessa massa.

• Posizione: X₁, y e z
• Velocità: V_x1, V_y1, V_z1 di ogni particella

A causa dei moti delle particelle questo tipo di descrizione è valido solo in un certo istante.

La descrizione microscopica porta ad un approccio statico della Termodinamica.

Variabili di Stato

Sono i parametri necessari per descrivere esaurientemente un sistema termodinamico e renderlo riproducibile.

Variabili Termodinamiche Intensive

Ovvero: Indipendenti dalle dimensioni del sistema.

Sono:

• T [temperatura]
• P [pressione]
• Conc [concentrazione]

Variabili Termodinamiche Estensive

Ovvero: Dipendenti dalle dimensioni del sistema.

Sono:

• V [volume]
• Num. mol [moli]

Funzioni di Stato

Ovvero: Sono grandezze associate ad ogni particolare stato del sistema.

• Energia Interna
• Entalpia
• Entropia
• Energia Libera

CHIMICA

Convenzione dei Segni

Ambiente

Q > 0

Q < 0

L > 0

L < 0

Ambiente

Equivalenze tra unità di misura

• Joule (J)
• Calorie (cal)
• Litro x atm

Joule (J), Caloria (cal), Litro x atm

ovvero,

• 1 cal = 4,184 J
• 1 J = 0,239 cal
• 1 atm = 101,3 J
• 1 cal = 4,13 x 10^-2 Litro x atm
• 1 J = 9,87 x 10^-3 l atm
• 1 l atm = 24,2 cal

Relazione tra ΔU e ΔH

ΔH = ΔU + PΔV

Quindi la differenza tra ΔH e ΔU è data dal termine PΔV

• Per le reazioni con specie chimiche gassose, per le leggi dei gas:

PΔV = ΔnRT

Δn = (n_{gas prodotti} - n_{gas reagenti})

ΔH = ΔU + ΔnRT

Osservazioni:

1. ΔU = Q_v     ΔH = Q_p

   ΔH - ΔU = Q_p - Q_v = PΔV = L

2. Per reazioni in cui Δn = 0 si ha

   ΔV = 0     ⇒     ΔH = ΔU

3. Usando la convenzione dei segni stabilita, si ha:
   • Q_v = ΔU = (U₂ - U₁) < 0     ➔ Reazioni Esotermiche
   • Q_p = ΔH = (H₂ - H₁) < 0
   • Q_v = ΔU = (U₂ - U₁) > 0     ➔ Reazioni Endotermiche
   • Q_p = ΔH = (H₂ - H₁) > 0