ΔG = ΔH - T ΔS prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore: si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore: si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Gli effetti termici si spiegano con il calore richiesto per la formazione o la rottura dei legami: una reazione in cui viene assorbito più calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è endotermica R P prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Invece una reazione in cui viene assorbito meno calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è esotermica R P prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Gli effetti termici delle reazioni possono essere descritti in base ai contenuto di calore (entalpia) di una sostanza prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Reazione esotermica prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Reazione endotermica prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

La liberazione di calore da parte del processo potrebbe sembrare un criterio visto che spesso le reazioni esotermiche sono spontanee...ma anche l’acqua, nel divenire ghiaccio libera calore. La solidificazione avviene però spontaneamente solo se si è al di sotto di 0°C! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Inoltre ci sono reazioni che avvengono spontaneamente con assorbimento di calore come dimostrano le buste di ghiaccio istantaneo, o più semplicemente quando mescoliamo un po’ di zucchero in acqua. prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Non è il verso del passaggio di calore quello che può determinare la spontaneità di un processo. prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Il disordine è un criterio da prendere in considerazione per sapere se un processo avviene spontaneamente visto che: un sistema disordinato ha più probabilità di esistere rispetto a uno ordinato. prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Analogamente è molto più probabile che le molecole di un soluto diffondano omogeneamente nel solvente Le molecole di due gas si diperdano le une nelle altre prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Questo perchè uno solo è il possibile stato ordinato mentre molti sono quelli disordinati! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Uff. Basta. Non posso fare tutti i sistemi disordinati Uff! Basta. Non posso fare tutti i sistemi disordinati. In realtà 6 palle blu e 6 palle gialle possono disporsi in 1324 modi: 1 solo è quello “ordinato” con sei palle sopra e sei palle sotto. Tutte le altre 1323 disposizioni sono “disordinate” rispetto a quella scelta. Gialle sopra 1 2 3 4 5 6 Gialle sotto disposizioni 36 225 400 prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Il numero di oggetti considerati in questo esempio è in realtà irrisorio rispetto a un litro di aria a c.n. in cui sono contenute 5,4·1021 molecole di ossigeno e 2,15·1022 molecole di azoto! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

In una reazione chimica il disordine aumenta quando: si ottengono prodotti gassosi a partire da reagenti liquidi o solidi il numero delle molecole gassose aumenta PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Come esiste una funzione di stato che rappresenta il calore scambiato a pressione costante, cioè l’entalpia, altrettanto esiste una funzione di stato che descrive la probabilità di esistere di un sistema: l’entropia prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Per valutare se una reazione avviene spontaneamente dovremo tenere conto di entrambe le funzioni di stato considerate e anche della temperatura, tutte combinate nella relazione: ΔG = ΔH - T ΔS che dà appunto la variazione di energia libera da cui dipende la spontaneità o meno di una reazione prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

ΔG non può che essere negativo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS Analizziamo i casi possibili Primo caso Se ΔH <0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS> 0 (aspetto entropico favorevole) ΔG non può che essere negativo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS Primo caso negativo, dato che la T è sempre positiva negativo negativo prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Troppo noioso! ΔG è sempre negativo Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre negativo Primo caso kJ ΔG ΔG ΔG ΔH -T ΔS -T ΔS -T ΔS La reazione è sempre spontanea Troppo noioso! ΔG è sempre negativo prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

C3H8(g) + 5 O2(g)  3 CO2(g) + 4 H2O(g) Primo caso In altre parole, una reazione che avvenga con liberazione di calore e aumento del disordine è sempre spontanea, indipendentemente dalla temperatura. C3H8(g) + 5 O2(g)  3 CO2(g) + 4 H2O(g) prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Secondo caso Secondo caso Se ΔH <0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico. prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! -T ΔS Secondo caso -T ΔS kJ ΔG ΔG ΔH kJ ΔH A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è SPONTANEA A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è NON SPONTANEA Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Secondo caso Riassumendo il comportamento con la temperatura Se ΔH<0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS<0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG < 0 per T<ΔH/ΔS ΔG > 0 per T>ΔH/ΔS prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Secondo caso E’ un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni esotermiche che avvengano con diminuzione del disordine: 2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g) oppure N2(g) + 3 H2  2 NH3 Bisogna raffreddare!! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

ΔG non può che essere positivo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS Terzo caso Terzo caso Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole) ΔG non può che essere positivo. Infatti: ΔG = ΔH - T ΔS positivo positivo positivo, dato che la T è sempre positiva prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Troppo noioso! ΔG è sempre positivo Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre positivo Terzo caso ΔG kJ ΔG ΔG -T ΔS -T ΔS ΔH -T ΔS La reazione è sempre non spontanea Troppo noioso! ΔG è sempre positivo prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

12 CO2(g) + 6 H2O(g)  2 C6H6(l) + 15 O2(g) Terzo caso In altre parole, una reazione che avvenga con assorbimento di calore e diminuzione del disordine non è mai spontanea, indipendentemente dalla temperatura. 12 CO2(g) + 6 H2O(g)  2 C6H6(l) + 15 O2(g) prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Quarto caso Quarto caso Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole) ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci. Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico. prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! Quarto caso ΔH ΔH kJ kJ ΔG -T ΔS ΔG -T ΔS A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è NON SPONTANEA A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è SPONTANEA Uhm, avvincente! Bisogna pensarci! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Quarto caso Riassumendo il comportamento con la temperatura Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole) ΔG > 0 per T<ΔH/ΔS ΔG < 0 per T>ΔH/ΔS prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g) Quarto caso E’ un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni endotermiche che avvengano con aumento del disordine: CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g) Bisogna riscaldare!! prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

Magari sudando un pò, siamo arrivati a costruire questa tavola riassuntiva Variazione entalpia Variazione entropia Variazione energia libera Spontaneità reazione ΔH <0 ΔS>0 ΔG<0 ΔH >0 ΔS<0 ΔG>0 ΔG>0 per T>ΔH/ΔS ΔG<0 per T<ΔH/ΔS ΔG<0 per T>ΔH/ΔS ΔG>0 per T<ΔH/ΔS prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona