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Chimica Fisica CalorimetriaCalorimetria Universita degli Studi dellInsubria

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Presentazione sul tema: "Chimica Fisica CalorimetriaCalorimetria Universita degli Studi dellInsubria"— Transcript della presentazione:

1 Chimica Fisica CalorimetriaCalorimetria Universita degli Studi dellInsubria

2 © Dario Bressanini2 Calorimetria Che cosa succede quando scaldiamo un corpo? Questo aumenta la propria temperatura. Che cosa succede quando scaldiamo un corpo? Questo aumenta la propria temperatura. Osserviamo anche il contrario: raffreddando un corpo questo diminuisce la propria temperatura. Osserviamo anche il contrario: raffreddando un corpo questo diminuisce la propria temperatura. Fissata la quantità di calore scambiato, come posso sapere di quanto cambia la temperatura? Questa è la domanda cui la calorimetria vuole rispondere Fissata la quantità di calore scambiato, come posso sapere di quanto cambia la temperatura? Questa è la domanda cui la calorimetria vuole rispondere

3 © Dario Bressanini3 Calorimetria: Esperimento 1 Prendiamo un termometro, una pentola contenente un litro dacqua e poniamola su un fornello. Misuriamo la temperatura iniziale dellacqua e poi accendiamo il gas per un minuto. Spegniamo il gas e misuriamo la nuova temperatura. Ora prendiamo una pentola con una quantità doppia dacqua, alla stessa temperatura iniziale, e manteniamo acceso il fornello per lo stesso tempo. La temperatura finale e inferiore. Laumento di Temperatura dipende dalla quantita di sostanza che scaldiamo

4 © Dario Bressanini4 Domande da porsi… 1. E se prendessimo un Kg, di una sostanza diversa? Olio ad esempio, oppure alcool ? 2. E se ripetessimo lesperimento partendo da acqua molto fredda? Diciamo a 5 °C ? Oppure da acqua già molto calda? 60 °C ad esempio. 3. E se ripetessi lesperimento in alta montagna o al mare? 4. E cosa succede se lacqua inizia a bollire? 5. E se ci fosse la luna piena? E se avessi la cravatta rossa? E se lesperimento lo avesse compiuto mio zio? E se invece di bruciare una candela intera, la divido in due e brucio due mezze candele contemporaneamente?

5 © Dario Bressanini5 Troviamo le Risposte… 1. Eseguiamo lesperimento 1 e troviamo che… il T e diverso il T quindi dipende dalla quantita di sostanza ma anche dal tipo 2. Eseguiamo anche il secondo esperimento (diversa T iniziale) e il terzo, e troviamo che… il T e diverso

6 © Dario Bressanini6 Costruiamo la teoria… Iniziamo a costruire matematicamente la calorimetria. Iniziamo a costruire matematicamente la calorimetria. Introduciamo una funzione che correli la temperatura al calore scambiato. Introduciamo una funzione che correli la temperatura al calore scambiato. Non preoccupiamoci per ora delle unita di misura Non preoccupiamoci per ora delle unita di misura qT Ci aspettiamo un grafico crescente… Ci aspettiamo un grafico crescente… … ma non lineare … ma non lineare … e il calore non e una funzione di stato … … e il calore non e una funzione di stato … … meglio invertire gli assi … meglio invertire gli assi

7 © Dario Bressanini7 Costruiamo la teoria NON stiamo cambiando lesperimento NON stiamo cambiando lesperimento T q Consideriamo il calore come funzione della temperatura q = f(T). Consideriamo il calore come funzione della temperatura q = f(T). Se il grafico fosse rettilineo, dovrei avere una funzione lineare Se il grafico fosse rettilineo, dovrei avere una funzione lineare Il grafico reale non è rettilineo e C non è costante ma per piccoli intervalli di temperatura viene approssimata spesso ad una costante Il grafico reale non è rettilineo e C non è costante ma per piccoli intervalli di temperatura viene approssimata spesso ad una costante C e chiamata Capacita Termica e in generale dipende da T e p

8 © Dario Bressanini8 Capacita Termica La Capacita Termica e una proprieta di ogni sostanza La Capacita Termica e una proprieta di ogni sostanza La conoscenza dei valori di capacità termica di vari materiali, ha grandi applicazioni pratiche e tecnologiche. La conoscenza dei valori di capacità termica di vari materiali, ha grandi applicazioni pratiche e tecnologiche. La Capacità Termica dipende dal processo La Capacità Termica dipende dal processo La Capacità Termica dipende dalla quantità di sostanza La Capacità Termica dipende dalla quantità di sostanza Grande C, piccolo aumento di T per tanto calore scambiato Grande C, piccolo aumento di T per tanto calore scambiato

9 © Dario Bressanini9 Capacità Termiche Molari a 298 K Al24 J K -1 mol -1 Al24 J K -1 mol -1 NaCl50J K -1 mol -1 NaCl50J K -1 mol -1 SiO 2 73J K -1 mol -1 SiO 2 73J K -1 mol -1 H 2 O (l) 75J K -1 mol -1 H 2 O (l) 75J K -1 mol -1 H 2 O (g) 33J K -1 mol -1 H 2 O (g) 33J K -1 mol -1 Per ottenere un valore indipendente dalla quantità di sostanza, possiamo usare la Capacità Termica Molare Per ottenere un valore indipendente dalla quantità di sostanza, possiamo usare la Capacità Termica Molare

10 10 Capacità Termica e Calore Specifico Capacità Termica Specifica – Quantità di calore necessario per innalzare 1 grammo di sostanza di 1 °C Capacità Termica Specifica – Quantità di calore necessario per innalzare 1 grammo di sostanza di 1 °C Chiamata anche calore specifico (non più usato in chimica) Chiamata anche calore specifico (non più usato in chimica) Lacqua ha una capacità termica specifica enorme, rispetto ad altre sostanze comuni. Lacqua ha una capacità termica specifica enorme, rispetto ad altre sostanze comuni.

11 11 Caloria Una caloria è definita come la quantità di calore necessaria per innalzare 1 grammo di acqua pura di 1 °C Una caloria è definita come la quantità di calore necessaria per innalzare 1 grammo di acqua pura di 1 °C Una Caloria, con la C maiuscola, di solito si usa per indicare il contenuto energetico dei cibi. E in realtà una Kilocaloria: Una Caloria, con la C maiuscola, di solito si usa per indicare il contenuto energetico dei cibi. E in realtà una Kilocaloria: 1 Caloria = 1 Kilocaloria = 1000 cal 1 Caloria = 1 Kilocaloria = 1000 cal J = 1 cal J = 1 cal

12 © Dario Bressanini12 Mistero Perché rischiamo di ustionarci con le patate bollite ma non con quelle fritte? Questo nonostante le patate fritte friggano ad una temperatura molto più elevata (lolio allebollizione puo raggiungere anche i 250 °C)

13 © Dario Bressanini13 Elementare Watson Bollendo, la patata, già ricca dacqua naturalmente, ne assorbe ulteriormente, e porta la sua temperatura a 100 °C. Data la grande capacità termica dellacqua, anche dopo aver emanato una grande quantità di calore, la sua temperatura è scesa solo di pochi gradi. Le patate fritte invece, perdono parte della loro acqua naturale per evaporazione, dato che la temperatura di ebollizione dellolio è molto superiore a quella dellacqua. Se queste si riempissero dolio bollente, sarebbero ustionanti. Fortunatamente però, friggendo, le patate formano una cuticola esterna parzialmente impermeabile allolio. Questo permette a parte dellacqua di rimanere allinterno della patata, che rimane così morbida internamente e croccante sulla superficie.

14 © Dario Bressanini14 Mistero Perché il clima marino invernale è mite? Watson:

15 © Dario Bressanini15 Elementare Watson I vari materiali hanno capacità termiche differenti. Lacqua ha una capacità termica insolitamente alta: questo significa che grandi quantità di calore portano ad un innalzamento modesto della temperatura. In altre parole lacqua è un ottimo serbatoio di calore. Questo è il motivo per cui le località di mare hanno durante linverno un clima mediamente più mite di località continentali: il mare durante linverno cede lentamente lenergia immagazzinata durante i mesi caldi. I vari materiali hanno capacità termiche differenti. Lacqua ha una capacità termica insolitamente alta: questo significa che grandi quantità di calore portano ad un innalzamento modesto della temperatura. In altre parole lacqua è un ottimo serbatoio di calore. Questo è il motivo per cui le località di mare hanno durante linverno un clima mediamente più mite di località continentali: il mare durante linverno cede lentamente lenergia immagazzinata durante i mesi caldi.

16 © Dario Bressanini16 Capacità Termica C V : Capacità Termica a volume costante C p : Capacità Termica a pressione costante Grande C, piccolo aumento di T per tanto calore scambiato Grande C, piccolo aumento di T per tanto calore scambiato

17 © Dario Bressanini17 Calore Scambiato e Processi vari Finora abbiamo assunto che lunico effetto di un assorbimento di calore da parte di un sistema sia linnalzamento della temperatura. Finora abbiamo assunto che lunico effetto di un assorbimento di calore da parte di un sistema sia linnalzamento della temperatura. Esistono pero altre possibilita Esistono pero altre possibilita Reazioni Chimiche Reazioni Chimiche Cambiamenti di Fase. Cambiamenti di Fase.

18 © Dario Bressanini18 Quiz Dallebollizione, gli spaghetti ci mettono 8 minuti a cuocere a fuoco medio. Raddoppiando la quantità di gas, in quanti minuti sara pronto in tavola? Ancora 8 minuti, perchè la temperatura, arrivata a 100 °C, non aumenta più.

19 © Dario Bressanini19 Profilo di Calore Durante un cambiamento di fase, la temperatura rimane costante. Il calore fornito serve a rompere i legami molecolari


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