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Chimica Fisica Canale M-Z Aula T8, Gio. 9-11 Ven. 14-16 Fino al 30 aprile Prof. Lorenzo Stella Sett. 5 Liv. 1 (Chimica Fisica) Stanza 4 0672594463

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1 Chimica Fisica Canale M-Z Aula T8, Gio Ven Fino al 30 aprile Prof. Lorenzo Stella Sett. 5 Liv. 1 (Chimica Fisica) Stanza

2 Libri di testo R. Chang Chimica Fisica (Vol. 1). Zanichelli M. Venanzi Appunti di chimica fisica per scienze biologiche. Universitalia (via di Passolombardo 421) Scritto (esercizi) Voto finale unico con Chimica Organica (media pesata) Modalità desame

3 Esercitazioni Lunedì: –12/4 –19/4 –3/5 –10/5 Aula T8, ore 14:30-16:30 OPZIONALI

4 La Termodinamica descrive le PROPRIETA di SISTEMI MACROSCOPICI allEQUILIBRIO. Più specificatamente, la Termodinamica studia gli SCAMBI DI ENERGIA e di MATERIA tra un SISTEMA e lAMBIENTE che lo circonda. SISTEMA AMBIENTE ENERGIA MATERIA

5 SISTEMA - Un insieme costituito da un numero macroscopico di molecole, dellordine del numero di Avogadro, N A = Rappresenta una piccola parte di un sistema molto più grande (AMBIENTE) che lo racchiude interamente. AMBIENTE – Un sistema molto più grande del sistema in esame. Temperatura, volume e pressione dellambiente rimangono costanti qualunque siano i cambiamenti del sistema. In particolare, la sua temperatura non cambia qualunque sia lenergia scambiata tra sistema e ambiente.

6 U = energia scambiata tra sistema e ambiente n = materia scambiata tra sistema e ambiente SISTEMA ISOLATO SISTEMA ISOLATO: non ci sono né scambi di energia, né di materia U = 0 n = 0 SISTEMA CHIUSO SISTEMA CHIUSO: scambia energia, ma non materia U 0 n = 0 SISTEMA APERTO SISTEMA APERTO: scambia energia e materia U 0 n 0

7 EQUILIBRIO EQUILIBRIO = uno stato durante il quale le proprietà del sistema non cambiano nel tempo. Lequilibrio è sempre di tipo dinamico. Esempio: Liquido puro in equilibrio con la sua fase vapore Gas Liquido n(gl) n(lg) Allequilibrio: n(gas)=costante n(liq)=costante dn(gas o liq) = dn(gl) + dn(lg) = 0 dn(gl) = - dn(lg)

8 = rappresenta una variazione finita Ex. T = 10°C, p = 2 atm d = rappresenta una variazione infinitesima (differenziale) Ex. dT, dp, dV sono variazioni infinitesime di temperatura, pressione, volume.

9 Lo stato di equilibrio di un sistema è definito da poche variabili, dette VARIABILI DI STATO. VARIABILI DI STATO ESTENSIVE: DIPENDONO DAL NUMERO DI MOLECOLE CHE COMPONGONO IL SISTEMA. Ex. N = numero di molecole, V = Volume U U = Energia interna H H = Entalpia S S = Entropia G G = Energia libera Sono tutte grandezze estensive

10 VARIABILI DI STATO INTENSIVE NON DIPENDONO DAL NUMERO DI MOLECOLE CHE COMPONGONO IL SISTEMA. p = Pressione, T = Temperatura, = Potenziale chimico Le variabili di stato sono legate tra loro da equazioni dette EQUAZIONI DI STATO Ex. Equazione di stato dei gas ideali p V = n R T

11 A pApA B pBpB p A > p B il sistema A si espande finchè p A = p B p A < p B il sistema B si espande finchè p A = p B EQUILIBRIO MECCANICO p A = p B EQUILIBRIO MECCANICO parete mobile

12 1 atm = 760 torr (o mmHg) = la pressione esercitata da una colonna riempita di mercurio dellaltezza di 76 cm.

13 A TATA B TBTB T A > T B trasferimento di calore dal A a B finchè T A = T B T A < T B trasferimento di calore da B a A finchè T A = T B EQUILIBRIO TERMICO T A = T B EQUILIBRIO TERMICO parete diatermica

14 GAS IDEALE: un gas di molecole non interagenti e di volume trascurabile Equazione di stato dei gas ideali: p V = n R T n = numero di moli p = pressione V = volume T = temperatura R = costante universale dei gas

15 1.Legge di Boyle: pV = costante per n e T costanti 2.Legge di Charles: V = cost T per n e p costanti Principio di Avogadro: V = cost n per p e Tcostanti Combinando questi leggi si ottiene lequazione di stato dei gas ideali. Sono dette leggi limite perché valgono per tutti i gas reali allorchè la pressione è sufficientemente bassa da poter trascurare le interazioni tra le molecole (al limite per p che tende a zero).

16 Legge di Charles: V= costante T (n,p costanti) V T(°C) atm 0.01 atm 0.02 atm 0.03 atm Tutte le rette (isobare) convergono verso lo stesso valore di temperatura corrispondente al volume nullo (sperimentalmente irrangiungibile): T(V=0) = °C T= °C 0

17 La scala Kelvin assume una scala lineare di temperature tra T = 0 K (zero assoluto °C) e T= K (punto triplo del diagramma di fase dellacqua 0.01 °C). T(K) = T(°C) Punto triplo = unico punto in cui coesistono le fasi solida, liquida e gassosa per lH 2 O (T= K, P= bar). E detta scala assoluta delle temperature poiché tutte le sostanze si comportano come gas ideali al tendere a zero della pressione. In termodinamica si usa esclusivamente la scala assoluta delle temperature.

18 La pressione esercitata da una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti.

19 pApA 0 1 xAxA pBpB P

20 Condizioni normali: n = 1, p= 1atm, T = K, V= litri Equivalenza meccanica del calore (Mayer-Joule): 1 cal = J

21 Allaumentare della pressione le proprietà dei gas reali deviano sempre più sensibilmente dal comportamento ideale. T=costante n=1

22 Convertire 5 atm in Pa, bar, torr. Un gas perfetto, in un recipiente a volume costante, ha pressione di 50.2 torr alla temperatura di K. Quale variazione di pressione è associata allaumento di 1 K da questa temperatura? Quale pressione corrisponde alla temperatura di 100 °C? Quale variazione di pressione è associata allaumento di 1 K da questa seconda temperatura? Un recipiente di 22.4 L contiene inizialmente 2 moli di idrogeno e 1mole di azoto, a K. Lidrogeno reagisce completamente con lazoto per dare ammoniaca. Calcolare la pressione parziale delle specie gassose presenti alla fine della reazione e la pressione totale della miscela finale.


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