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Prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 1 ΔG = ΔH - T ΔS.

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Presentazione sul tema: "Prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 1 ΔG = ΔH - T ΔS."— Transcript della presentazione:

1 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 1 ΔG = ΔH - T ΔS

2 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 2 Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore: si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore

3 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 3 Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore: si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore

4 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 4 Gli effetti termici si spiegano con il calore richiesto per la formazione o la rottura dei legami: una reazione in cui viene assorbito più calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è endotermica RP

5 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 5 Invece una reazione in cui viene assorbito meno calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è esotermica RP

6 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 6 Gli effetti termici delle reazioni possono essere descritti in base ai contenuto di calore (entalpia) di una sostanza

7 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 7 Reazione esotermica

8 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 8 Reazione endotermica

9 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 9 La liberazione di calore da parte del processo potrebbe sembrare un criterio visto che spesso le reazioni esotermiche sono spontanee...ma anche lacqua, nel divenire ghiaccio libera calore. La solidificazione avviene però spontaneamente solo se si è al di sotto di 0°C!

10 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 10 Inoltre ci sono reazioni che avvengono spontaneamente con assorbimento di calore come dimostrano le buste di ghiaccio istantaneo, o più semplicemente quando mescoliamo un po di zucchero in acqua.

11 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 11 Non è il verso del passaggio di calore quello che può determinare la spontaneità di un processo.

12 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 12 Il disordine è un criterio da prendere in considerazione per sapere se un processo avviene spontaneamente visto che: un sistema disordinato ha più probabilità di esistere rispetto a uno ordinato.

13 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 13 Analogamente è molto più probabile che le molecole di un soluto diffondano omogeneamente nel solvente Le molecole di due gas si diperdano le une nelle altre

14 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 14 Questo perchè uno solo è il possibile stato ordinato mentre molti sono quelli disordinati!

15 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 15 Uff! Basta. Non posso fare tutti i sistemi disordinati. In realtà 6 palle blu e 6 palle gialle possono disporsi in 1324 modi: 1 solo è quello ordinato con sei palle sopra e sei palle sotto. Tutte le altre 1323 disposizioni sono disordinate rispetto a quella scelta. Gialle sopra Gialle sotto disposi zioni

16 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 16 Il numero di oggetti considerati in questo esempio è in realtà irrisorio rispetto a un litro di aria a c.n. in cui sono contenute 5,4·10 21 molecole di ossigeno e 2,15·10 22 molecole di azoto!

17 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 17 In una reazione chimica il disordine aumenta quando: si ottengono prodotti gassosi a partire da reagenti liquidi o solidi il numero delle molecole gassose aumenta PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g)

18 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 18 Come esiste una funzione di stato che rappresenta il calore scambiato a pressione costante, cioè l entalpia, altrettanto esiste una funzione di stato che descrive la probabilità di esistere di un sistema: l entropia

19 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 19 Per valutare se una reazione avviene spontaneamente dovremo tenere conto di entrambe le funzioni di stato considerate e anche della temperatura, tutte combinate nella relazione: ΔG = ΔH - T ΔS che dà appunto la variazione di energia libera da cui dipende la spontaneità o meno di una reazione

20 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 20 Analizziamo i casi possibili Primo caso Se ΔH 0 (aspetto entropico favorevole) ΔG non può che essere negativo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS negativo negativo, dato che la T è sempre positiva negativo Primo caso

21 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 21 ΔHΔH -T Δ S Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre negativo ΔGΔG ΔGΔG ΔGΔG La reazione è sempre spontanea kJ Troppo noioso! ΔG è sempre negativo Primo caso

22 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 22 In altre parole, una reazione che avvenga con liberazione di calore e aumento del disordine è sempre spontanea, indipendentemente dalla temperatura. C 3 H 8(g) + 5 O 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (g) Primo caso

23 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 23 Secondo caso Se ΔH <0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico. Secondo caso

24 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 24 ΔHΔH -T Δ S ΔGΔG ΔGΔG A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è SPONTANEA kJ ΔHΔH A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è NON SPONTANEA Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! Secondo caso

25 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 25 Riassumendo il comportamento con la temperatura Se ΔH<0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS<0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG < 0 per T<ΔH/ΔS ΔG > 0 per T>ΔH/ΔS Secondo caso

26 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 26 E un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni esotermiche che avvengano con diminuzione del disordine: 2 SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g) oppure N 2(g) + 3 H 2 2 NH 3 Bisogna raffreddare!! Secondo caso

27 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 27 Terzo caso Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG non può che essere positivo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS positivopositivo, dato che la T è sempre positiva positivo Terzo caso

28 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 28 ΔHΔH -T Δ S Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre positivo ΔGΔG ΔGΔG ΔGΔG La reazione è sempre non spontanea kJ Troppo noioso! ΔG è sempre positivo Terzo caso

29 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 29 In altre parole, una reazione che avvenga con assorbimento di calore e diminuzione del disordine non è mai spontanea, indipendentemente dalla temperatura. 12 CO 2(g) + 6 H 2 O (g) 2 C 6 H 6(l) + 15 O 2(g) Terzo caso

30 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 30 Quarto caso Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole) ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico. Quarto caso

31 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 31 ΔHΔH -T Δ S ΔGΔG ΔGΔG A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è NON SPONTANEA kJ ΔHΔH A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è SPONTANEA Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! Quarto caso

32 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 32 Riassumendo il comportamento con la temperatura Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole) ΔG > 0 per T<ΔH/ΔS ΔG ΔH/ΔS Quarto caso

33 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 33 E un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni endotermiche che avvengano con aumento del disordine: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Bisogna riscaldare!! Quarto caso

34 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 34 Variazione entalpia Variazione entropia Variazione energia liberaSpontaneità reazione ΔH <0ΔS>0ΔG<0 ΔH >0ΔS<0ΔG>0 ΔH <0ΔS<0 ΔG>0 per T>ΔH/ΔS ΔG<0 per T<ΔH/ΔS ΔH >0ΔS>0 ΔG ΔH/ΔS ΔG>0 per T<ΔH/ΔS Magari sudando un pò, siamo arrivati a costruire questa tavola riassuntiva


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