16. La Termodinamica Il Primo Principio della Termodinamica -i sistemi e il loro ambiente -calore e...
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16. La Termodinamica• Il Primo Principio della Termodinamica
- i sistemi e il loro ambiente
- calore e lavoro
- l’energia interna
- il trasferimento del calore a volume costante e l’entalpia• Il Verso di Svolgimento dei Processi Spontanei
- le trasformazioni spontanee
- entropia e disordine
- entropia standard
- l’ambiente• L’Energia Libera
- energia libera e composizione
- energia libera ed equilibrio
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Sistema, Calore e LavoroDef. La TERMODINAMICA è quella branca della chimica che studia le trasformazioni dell’energia.
Def. La TERMOCHIMICA è quella branca della chimica che studia il calore liberato o ceduto durante le trasformazioni chimiche.
Def. L’ENERGIA è la capacità di compiere un lavoro.
AGGIUNGIAMO o SOTTRAIAMO MATERIA
es.: benzina nella macchina
RISCALDIAMO o RAFFREDDIAMO
COMPIAMO UN LAVORO o FACCIAMO COMPIERE UN LAVORO
SISTEMATsis < Tamb
Lavoro =P∙V
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L’Energia InternaDef. Definiamo ENERGIA INTERNA l’energia totale di un sistema.
infin UUU ENERGIA CINETICA
ENERGIA POTENZIALE
U<0U>0
EN
ER
GIA
IN
TE
RN
A,
U
Stato iniziale
Stato finale
1. TRASFERIAMO CALORE, q [J] 2. COMPIAMO LAVORO, w [J]
wqU Forniamo calore al sistema → q > 0
Compiamo un lavoro sul sistema → w > 0
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: L’ENERGIA INTERNA DI UN SISTEMA ISOLATO È COSTANTE, U = 0
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Il Trasferimento del Calore1. A VOLUME COSTANTE, V = 0 2. A PRESSIONE COSTANTE, H = q
w = 0U = q
P
P
U =H - PV
H – energia lavoro espansione
V > 0 LAVORO DI ESPANSIONE
V < 0 LAVORO SUL SISTEMA
A PRESSIONE COSTANTE
U =H - PV
A VOLUME COSTANTE
U =q
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Le Trasformazioni SpontaneeDef. Definiamo TRASFORMAZIONE SPONTANEA una trasformazione naturale che tende a verificarsi senza l’intervento di alcuna influenza esterna.
I PROCESSI SPONTANEI HANNO UNA TENDENZA A VERIFICARSI MA CIÒ NON
AVVIENE NECESSARIAMENTE A VELOCITÀ APPREZZABILI
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Entropia e DisordineDef. Definiamo ENTROPIA, S, la misura del grado del disordine di un sistema.
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: L’ENTROPIA TENDE AD AUMENTARE.
T = 0 K, S = 0
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Entropia StandardP = 1 atm
(reagenti)(prodotti) 0
m
0
m
0
r nSnSS
0
rSENTROPIA DI REAZIONE STANDARD,
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 10
r molkJ9.198 S
L’aumento della quantità risultante di gas sfocia in un’entropia positiva.
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L’Ambiente
- 22 kJ∙mol-1
ambtot SSS
0
0
amb
S
SPROCESSO ESOTERMICO
?totS
0
0
amb
S
SPROCESSO ENDOTERMICO
?totS
HS amb
FLUSSO DI CALORE
VARIAZIONE DIENTROPIA
VARIAZIONE DIENTROPIA
FLUSSO DI CALORE
Tamb
HS
P = cost
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PROCESSOESOTERMICO
La Variazione di Entropia Complessivaambtot SSS
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: OGNI CAMBIAMENTO SPONTANEO SI ACCOMPAGNA AD UN INCREMENTO DELL’ENTROPIA COMPLESSIVA DEL SISTEMA E DELL’AMBIENTE.
PROCESSOESOTERMICO
PROCESSOENDOTERMICO
PROCESSOENDOTERMICO
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L’Energia Libera
ambtot SSS Tamb
HS
SHS
HSS
TTT
tot
tot ENERGIA LIBERADI GIBBS, G
G = -TStot
A PRESSIONE E TEMPERATURA COSTANTI IL VERSO DI SVOLGIMENTO DEI PROCESSI SPONTANEI È QUELLO NEL QUALE DIMINUISCE L’ENERGIA LIBERA DEL SISTEMA.
G = H - TS
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L’Energia Libera Standard di Reazione
0
r
0
r
0
r T SHG
(reagenti)(prodotti) 0
m
0
m
0
r nSnSS
(reagenti)(prodotti) 0
f
0
f
0
in
0
fin
0
r
HnHn
HHH
Def. Definiamo ENERGIA LIBERA STANDARD DI FORMAZIONE, la variazione di energia libera standard che accompagna la formazione di 1 mol di composto a partire dagli elementi considerati nella propria forma più stabile e in condizioni standard.
0
fG
C(s, grafite) → C(s, grafite) 00
f G
(reagenti)(prodotti) 0
f
0
f
0
r GnGnG
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L’Energia Libera e ComposizioneLA REAZIONE TENDE SPONTANEAMENTE ALLA COMPOSIZIONE CORRISPONDENTE AL PUNTO DI MINIMO DELLA CURVA.
LA COMPOSIZIONE AL PUNTO DI MINIMO DELLA CURVA, OVVERO IL MINIMO DI ENERGIA LIBERA, CORRISPONDE AL RAGGIUNGIMENTO DELL’EQUILIBRIO.
0
rG
rG
DIFFERENZA DELLE ENERGIE LIBERESTANDARD DI FORMAZIONE DEI PRODOTTIE DEI REAGENTI PURI NEI LORO STATI STANDARD.
DIFFERENZA DELLE ENERGIE LIBERE TRA PRODOTTI E REAGENTI IN UN QUALSIASI MOMENTO DELLA REAZIONE.
QRTGG ln0
rr
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Energia Libera e EquilibrioQRTGG ln0
rr
All’equilibrio: Gr = 0Q = K
KRTG ln0
r 0
r
0
r
0
r T SHG