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Termodinamica classica Energia Stato di un sistema, funzioni di stato Tre principi Definizioni di sistema ed ambiente. Sistema: la parte di universo oggetto.

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Presentazione sul tema: "Termodinamica classica Energia Stato di un sistema, funzioni di stato Tre principi Definizioni di sistema ed ambiente. Sistema: la parte di universo oggetto."— Transcript della presentazione:

1 Termodinamica classica Energia Stato di un sistema, funzioni di stato Tre principi Definizioni di sistema ed ambiente. Sistema: la parte di universo oggetto di studio. Ambiente: linsieme dei sistemi con cui il sistema in studio interagisce scambiando energia. Sistema isolato= non scambia energia. Universo: linsieme di tutti i sistemi.

2 Primo principio: lenergia si conserva, ma può essere variata nella forma. Formulazione matematica U= Q-L. U= energia interna Q= calore assorbito L= lavoro fatto U è lenergia interna di un sistema che può variare per scambi di energia con lambiente. Calore e lavoro sono mezzi con cui lenergia è scambiata, il lavoro è energia trasferita per mezzo di un collegamento meccanico con lambiente, mentre il calore è energia trasferita a causa di una differenza di temperatura, ovvero di energia cinetica, con lambiente. Lenergia interna di un sistema è una funzione di stato, ovvero è una proprietà intrinseca del sistema, mentre i mezzi con cui è scambiata lenergia possono variare a secondo il percorso seguito dalla trasformazione. Un sistema immagazzina energia se assorbe calore e/o se subisce un lavoro, cede energia se compie un lavoro e/o se cede calore.

3 REAZIONE CHIMICA – SISTEMA (Reagenti) che subisce una TRASFORMAZIONE (Formazione dei prodotti)

4 ENTALPIA – FUNZIONE DI STATO PV) = PUO ESSERE UN LAVORO, ad esempio legato allespansione di un gas, cioè ad un aumento di volume del gas stesso P V A PRESSIONE COSTANTE= noi viviamo a pressione sostanzialmente costante Dalla definizione di U si ricava quindi La variazione di entalpia è uguale al calore scambiato dalla trasformazione quando avviene a pressione costante

5 Il processo di transizione di fase quindi ci dice che il calore necessario al passaggio di fase è: Q = m il calore Q fornito o sottratto al sistema non influisce sulla temperatura, ma è proporzionale alla quantità di sostanza m che ha cambiato fase, e continua fino a che tutta la sostanza non cambia fase. In assenza di transizioni di fase invece, un apporto o un prelievo di calore determina una variazione di temperatura. L'unità di misura del calore latente λ nel Sistema internazionale è J/kg. Spesso il calore latente viene espresso per mole di sostanza come calore latente molare e nel SI si misura in J/mol= COINCIDE CON IL H DELLA TRANSIZIONE DI FASE A PRESSIONE COSTANTE La grandezza c è nota come calore specifico : è definita come la quantità di calore necessaria ad innalzare di un grado centigrado la temperatura di un grammo di una sostanza.

6 Calore latente e temperatura al cambio di stato di sostanze comuni alla pressione atmosfericapressione atmosferica Sostanza Calore latente di fusione [kJ/kg]fusione Temperatura di fusione [°C] Calore latente di ebollizione [kJ/kg]ebollizione Temperatura di ebollizione [°C] Etanolo ,3 Ammoniaca Biossido di carbonio Elio , ,93 Idrogeno Azoto25, Ossigeno13, Mercurio Zolfo Acqua

7 Si rompono o si formano legami intermolecolari…………….

8 TEOREMA DEL VIRIALE per particelle cariche in movimento le energie pot e cin sono legate da una semplice relazione matematica. Infatti i nuclei non subiscono modifiche, quindi non contribuiscono a variazioni di energia La variazione di energia degli elettroni nel cambio di legami è misurabile attraverso la variazione della loro Epot, a causa del teorema del viriale. Enunciato non dimostrato Il H misura la variazione di energia degli elettroni nelle modifiche dei legami Nelle reazioni chimiche cè sempre una modifica di legami intra e intermolecolari.

9 H > 0 ENDOTERMICA H < 0 ESOTERMICA Reazione ENDOTERMICAReazione ESOTERMICA

10 VARIAZIONE DI ENTALPIA DI FACILE MISURA in quanto coincidente con uno scambio di calore (apparecchio da usare = calorimetro) in termini atomici è la misura della differenza tra le energie dei legami rotti e le energie di quelli formati

11 Conoscendo le seguenti energie di legame: C O 358 KJ/mol, H I 299 KJ/mol, C I 240 KJ/mol e O H 463 KJ/mol, calcolare il calore sviluppato o consumato dalla seguente reazione: H H H C O H(g) + H I(g) H C I(g) + H O H(g) H H Si scindono: 1 legame C O e 1 legame H I Si formano: 1 legame C I e 1 legame H O H=( ) ( ) = 46 kJ (reazione esotermica)

12 Sapendo che lenergia del legame H H è di 436 KJ/mol, e che la reazione è la seguente: H2(g) + calore 2 H(g) calcolare il calore necessario rispettivamente per rompere i legami di una mole di H2 e di 6 g di H2. Si scinde 1 legame H H quindi il calore necessario è 436 kJ per mole n H2 = 3 mol 3x436 = 1308 kJ

13 Sapendo che le energie dei legami C H e H H sono rispettivamente 413 KJ/mol e 436 KJ/mol, calcolare il H della seguente reazione: CH4(g) C(g) + 2 H2(g) H= 4x413 2x436 = 780 kJ (reazione endotermica)

14 Sapendo che le energie dei legami I I, H H ed H I sono rispettivamente 151 KJ/mol, 436 KJ/mol e 299 KJ/mol, calcolare il H della seguente reazione: I2(s) + H2(g) 2 HI(g) H = ( ) 2x299 = 11 kJ (reazione esotermica)

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16 Quanta H2O e quanta CO2 si producono durante la combustione di 1 mole di propano, C3H8? C3H8(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) Sapendo inoltre che la combustione di una mole di propano sviluppa x 10 3 KJ/mol, determinare il calore svolto da un kg di C3H8. C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l) Da una mole di propano si ottengono 4 moli di acqua e 3 moli di anidride carbonica n C3H8 = (1000 g) / (44 g mol-1) = 22.7 moli 1 : (2.140 x 10 3 ) = 22.7 : X X = x 10 3 KJ


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