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Da Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento.

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Presentazione sul tema: "Da Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento."— Transcript della presentazione:

1 Da Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento

2 Capitolo 15 La termodinamica e la cinetica 1.Le reazioni producono energia 2.Il primo principio della termodinamica 3.La combustione produce calore 4.Il calore di reazione e lentalpia Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

3 Capitolo 15 La termodinamica e la cinetica 1.Lentropia: lindicatore del «disordine» di un sistema 2.Lenergia libera: il «motore» delle reazioni chimiche 3.La velocità di reazione Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

4 Capitolo 15 La termodinamica e la cinetica 1.Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione 2.Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

5 1. Le equazioni di reazione Con il termine sistema sintende loggetto di indagine. Tutto ciò che circonda il sistema costituisce lambiente.

6 1. Le equazioni di reazione I sistemi aperti scambiano energia e materia con lambiente.

7 1. Le equazioni di reazione I sistemi chiusi scambiano con lambiente soltanto energia ma non materia.

8 1. Le equazioni di reazione I sistemi isolati non scambiano con lambiente né energia né materia.

9 1. Le equazioni di reazione La termodinamica è la scienza che si occupa di tutti i possibili trasferimenti di energia che interessano la materia. La termochimica è un ramo della termodinamica che si occupa degli scambi di calore durante una trasformazione chimica.

10 1. Le equazioni di reazione Le reazioni che avvengono con produzione di calore, cioè trasferiscono energia dal sistema allambiente, si dicono esotermiche.

11 1. Le equazioni di reazione Le reazioni che avvengono con assorbimento di calore dallambiente si dicono endotermiche.

12 1. Le equazioni di reazione

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14 2. Il primo principio della termodinamica Il primo principio della termodinamica afferma che lenergia può essere convertita da una forma allaltra, ma non può essere né creata né distrutta.

15 2. Il primo principio della termodinamica Lenergia interna (U) di un sistema è una grandezza estensiva che corrisponde alla somma dellenergia cinetica e dellenergia potenziale di tutte le particelle che lo compongono.

16 2. Il primo principio della termodinamica In base al primo principio della termodinamica, la variazione di energia interna ΔU di un sistema può essere scritta come: ΔU = q + w

17 2. Il primo principio della termodinamica Per convenzione, lavoro e calore sono negativi se determinano una riduzione dellenergia interna del sistema. Sono positivi se aumentano lenergia interna del sistema.

18 3. La combustione produce calore La combustione è una reazione fra un combustibile (spesso contenente carbonio e/o idrogeno) e un comburente (contenente atomi ad alta elettronegatività) in cui si libera unelevata quantità di energia.

19 3. La combustione produce calore La quantità di calore (kJ) emesso o assorbito da una reazione, si determina misurando la variazione di temperatura dellambiente esterno. Q = c m ΔT Q = calore c = calore specifico m = massa di acqua nel calorimetro

20 3. La combustione produce calore

21 Il potere calorifico esprime la quantità di calore liberato, a pressione costante, della combustione di 1 kg di combustibile. vedere

22 3. La combustione produce calore Il metabolismo energetico è la serie di reazioni consecutive attraverso le quali avviene la lenta combustione degli alimenti nellorganismo.

23 4. Il calore di reazione e lentalpia La variazione di energia interna di un sistema dipende dal numero di legami spezzati e da quello di legami formati, e dalla forza dei legami di reagenti e prodotti.

24 4. Il calore di reazione e lentalpia In un sistema chimico, la variazione di entalpia ΔH è uguale al calore Q p scambiato a pressione costante Q = ΔH = H prodotti – H reagenti

25 4. Il calore di reazione e lentalpia ΔH = –Qreazioni esotermiche ΔH = +Qreazioni endotermiche

26 4. Il calore di reazione e lentalpia Lentalpia di reazione dipende dalla temperatura e dalla pressione. I valori generalmente riportati nelle tabelle si riferiscono alla temperatura di 25 °C e alla pressione di 1 atm.

27 4. Il calore di reazione e lentalpia Lentalpia standard di formazione di un composto è la variazione di entalpia che accompagna la formazione di una mole di un composto a partire dagli elementi che lo costituiscono, ciascuno nel proprio stato standard.

28 4. Il calore di reazione e lentalpia Per convenzione, lentalpia standard di formazione di un elemento a 25 °C e 1 bar, è uguale a zero.

29 5. Lentropia: lindicatore del «disordine» di un sistema Le reazioni spontanee possono essere sia esotermiche che endotermiche. Le reazioni spontanee procedono sempre verso laumento del disordine, ovvero verso la dispersione di energia e di materia.

30 5. Lentropia: lindicatore del «disordine» di un sistema Il livello di dispersione dellenergia, cioè il disordine del sistema, può essere espresso per mezzo di una grandezza chiamata entropia, che indichiamo con S e misuriamo in J/K.

31 5. Lentropia: lindicatore del «disordine» di un sistema La variazione di entropia ΔS° corrisponde alla differenza tra lentropia dei prodotti e quella dei reagenti. ΔS° = S° prodotti – S° reagenti

32 5. Lentropia: lindicatore del «disordine» di un sistema In generale, una qualsiasi trasformazione chimica o fisica spontanea è caratterizzata da ΔS universo > 0 Quando nelluniverso si ha un evento spontaneo, è sempre accompagnato da un aumento di entropia. Lentropia delluniverso è in costante aumento. Questo è il secondo principio della termodinamica.

33 6. Lenergia libera: il «motore» delle reazioni chimiche Lenergia libera G è una grandezza termodinamica che dipende dallentalpia, dalla temperatura assoluta e dallentropia del sistema G = H – TS

34 6. Lenergia libera: il «motore» delle reazioni chimiche Durante una reazione a temperatura e pressione costanti si ha una variazione dellenergia libera espressa dalla relazione: ΔG = ΔH – TΔS

35 7. La velocità di reazione La velocità di reazione è la variazione della concentrazione dei reagenti Δ[R], o dei prodotti [ΔP], nellintervallo di tempo Δt.

36 7. La velocità di reazione La velocità di reazione è una grandezza intensiva e quindi non dipende dalla massa del sistema.

37 7. La velocità di reazione Sperimentalmente si è potuto stabilire che la velocità della maggior parte delle reazioni chimiche dipende dalla concentrazione dei reagenti.

38 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione La velocità di una reazione dipende da la natura dei reagenti; la temperatura; la superficie di contatto fra i reagenti; la presenza di catalizzatori.

39 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione La natura dei reagenti influisce sulla velocità di reazione nella misura in cui ogni sostanza ha una peculiare attitudine a trasformarsi in virtù delle proprietà chimiche e fisiche.

40 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione Un aumento di temperatura aumenta la velocità di una trasformazione chimica.

41 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione Quando i reagenti non sono nello stesso stato di aggregazione reagiscono tanto più velocemente quanto più è estesa la loro superficie di contatto.

42 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione I catalizzatori sono sostanze che accelerano una reazione chimica senza entrarne a far parte e quindi senza consumarsi durante la reazione.

43 8. Gli altri fattori che influiscono sulla velocità di reazione I catalizzatori sono sostanze altamente specifiche che accelerano soltanto un tipo di reazione. I catalizzatori biologici sono gli enzimi, sostanze di natura proteica che rappresentano la classe a massima specificità.

44 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione La modalità principale per cui avvengono le trasformazioni chimiche viene spiegata attraverso la teoria degli urti.

45 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Le molecole dei reagenti possono scambiarsi gli atomi e dare luogo ai prodotti solo se, urtandosi, vengono in reciproco contatto.

46 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione La teoria degli urti spiega quindi leffetto della concentrazione sulla velocità di reazione: maggiore è la concentrazione, più possibilità hanno le molecole di urtarsi e quindi maggiori sono le probabilità che la reazione avvenga.

47 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Gli urti efficaci hanno: unorientazione appropriata; energia sufficiente per dare luogo alla trasformazione. Gli urti efficaci rappresentano una piccola quantità rispetto agli urti totali.

48 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione

49 Una reazione chimica può avvenire se il numero di urti è abbastanza elevato, se questi avvengono con lorientamento corretto e se lenergia è sufficiente a portare gli atomi alla distanza di legame.

50 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Le molecole possono reagire in seguito a uno specifico aumento della loro energia potenziale che prende il nome di energia di attivazione.

51 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Lenergia di attivazione è lenergia minima che occorre ai reagenti per rompere alcuni dei loro legami e per iniziare una reazione.

52 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Lo stato di transizione è la fase della reazione in cui si stanno rompendo i legami dei reagenti e sono in via di formazione i legami tra le molecole dei prodotti, con la formazione di un composto intermedio detto complesso attivato.

53 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione

54 Il dislivello energetico tra i reagenti e i prodotti corrisponde alla variazione di entalpia ΔH.

55 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Allaumentare della temperatura, aumenta il contenuto energetico delle molecole, ovvero aumenta il numero degli urti efficaci rendendo più veloce la trasformazione.

56 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione

57 Sono più frequenti le reazioni monomolecolari e dimolecolari rispetto alle trimolecolari, che risultano rare per la scarsa probabilità che tre molecole si urtino contemporaneamente e in modo efficace.

58 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione Un catalizzatore accelera una reazione perché ne abbassa il contenuto di energia di attivazione rispetto al percorso non catalizzato.

59 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione I catalizzatori possono essere: omogenei se nella stessa fase dei reagenti e dei prodotti; eterogenei se in una fase diversa dei reagenti e dei prodotti.

60 9. Lenergia di attivazione: la teoria degli urti e la teoria dello stato di transizione


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