Chimica Fisica Universita’ degli Studi dell’Insubria Termochimica dario.bressanini@uninsubria.it http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

Entalpia H = U + pV L’Entalpia è una funzione di stato, dipende solo dallo stato iniziale e da quello finale A pressione costante, il H di un processo, o calore di reazione, è pari al calore scambiato. H < 0 : processo esotermico H > 0 : processo endotermico Lets go back to our definition of Enthalpy   Hreaction = Hproducts  Hreactants Enthalpy is a state function -- it doesn’t matter how you go from one place to another -- enthalpy and enthalpy changes are the same!! So in the reaction A  B H = ## Joules The H value is the same no matter how you get from AB © Dario Bressanini

Processi Esotermici ed Endotermici © Dario Bressanini

Reazioni Esotermiche © Dario Bressanini

Reagenti e prodotti in stati standard: 1 bar e 25 °C DH Standard Reagenti e prodotti in stati standard: 1 bar e 25 °C DtipoH° H2O(l)  H2O(g) vapH° (373 K) = +44 kJ mol-1 Tipo di Processo © Dario Bressanini

sublH° = fusH° + vapH° Cambiamenti di Fase sublH° = fusH° + vapH° © Dario Bressanini

Gas Liquidi Solidi subH° -subH° vapH° -vapH° -fusH° fusH° Sublimazione Sublimazione subH° Condensazione o Liquefazione -subH° vapH° Vaporizzazione -vapH° Liquidi Solidificazione -fusH° Fusione fusH° Solidi Sublimazione Sublimazione

Mistero Watson: Sherlock Holmes: DH , mio caro Watson !!! Dottor Holmes, come funzionano le confezioni di freddo e caldo istantaneo? Watson: DH , mio caro Watson !!! Sherlock Holmes: © Dario Bressanini

NaCH3CO2 (s) + calore  Na+(aq) + CH3CO2-(aq) Elementare Watson L’acetato di sodio ha un solH° positivo NaCH3CO2 (s) + calore  Na+(aq) + CH3CO2-(aq) Quindi la formazione di acetato di sodio solido dai suoi ioni e’ una reazione esotermica © Dario Bressanini

Entalpia di Combustione L’entalpia standard di combustione cH° è l’entalpia standard per una ossidazione completa con O2(g) di un composto organico, a dare H2O(l) e CO2(g) . C3H8(g) + 5 O2(g) ® 3 CO2(g) + 4 H2O(l) © Dario Bressanini

Mistero Watson: Sherlock Holmes: DU = q + w !!! Dottor Holmes, perchè sono grasso? Watson: DU = q + w !!! Sherlock Holmes: © Dario Bressanini

© Dario Bressanini

Elementare Watson Grasso Cibo 2 Unita’ di Energia 5 Unita’ di Energia Esercizio 3 Unita’ di Energia © Dario Bressanini

Elementare Watson Se l’entalpia di metabolizzazione dei cibi che assumiamo in un giorno è superiore al calore sviluppato e al lavoro eseguito nello stesso giorno, l’energia in eccesso non può svanire nel nulla. Il corpo umano la immagazzina sintetizzando principalmente grassi, che fungono da serbatoio di energia. A parità di peso, i grassi immagazzinano più energia di zuccheri o proteine. Per non ingrassare la termodinamica ci pone di fronte a due e solo due scelte: o si mangia di meno o si consuma di più facendo più esercizio. © Dario Bressanini

Contenuto Energetico dei Cibi L’energia Chimica negli animali deriva dalla metabolizzazione di carboidrati, grassi e proteine Valore Energetico (kJ/g) (Cal/g) Carboidrati 17 4 Grassi 38 9 Proteine 17 4 Spesso di usano le Calorie (Cal o kcal) 1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ © Dario Bressanini

Contenuto Calorico La quantita’ relativa di proteine, grassi e carboidrati nei cibi costituisce il contenuto calorico. © Dario Bressanini

Cibi ed Energia © Dario Bressanini

C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)  6 CO2 (g) + 6 H2O (l) Carboidrati La maggior parte dell’energia di cui abbiamo bisogno deriva dalla combustione di zuccheri e grassi. Per il glucosio, la combustione e’: C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)  6 CO2 (g) + 6 H2O (l) rH = -2816 kJ L’energia e’ disponibile immediatamente Valore energetico medio = 17 kJ/g = 4 kcal/g © Dario Bressanini

“bevi la Coca-Cola® che ti fa bene…” Censura © Dario Bressanini

“bevi la Coca-Cola® che ti fa bene…” © Dario Bressanini

Grassi Anche la combustione dei grassi produce CO2 e H2O. Ad esempio, la tristearina C57H110O6 (s) + 163/2 O2 (g)  57 CO2 (g) + 55 H2O (l). rH = -37.8 x 104 kJ I grassi sono il serbatoio energetico del corpo Insolubili in acqua Contenuto energetico medio = 38 kJ/g circa il doppio dei carboidrati. © Dario Bressanini

Proteine Contenuto energetico medio = 17 kJ/g, Quando vengono metabolizzate dal corpo umano, l’azoto contenuto viene trasformato ed espulso sotto forma di urea. Poiché i prodotti metabolici sono diversi da quelli ottenuti semplicemente bruciando le proteine in presenza di ossigeno, non è possibile utilizzare un normale calorimetro per misurare l’energia sviluppata. Una soluzione utilizzata in passato è stata quella di chiudere un animale in un calorimetro!!, somministrargli del cibo e misurare così il calore prodotto © Dario Bressanini

Calorimetri per Animali © Dario Bressanini

Calorimetri per Uomini © Dario Bressanini