Termodinamica Giorgio Sartor Copyright © by Giorgio Sartor.

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1 Termodinamica Giorgio Sartor Copyright © 2001-2010 by Giorgio Sartor.
All rights reserved. Versione – jan 2010

2 La termodinamica Studia l’energia coinvolta nelle trasformazioni.
Ha a che fare con le trasformazioni dell’energia, compresi il calore e il lavoro, e con le proprietà fisiche delle sostanze coinvolte nelle trasformazioni (Jones & Hawkins, 1986) La termodinamica è usata per capire e descrivere i sistemi che subiscono variazioni di energia v gs Termodinamica

3 La termodinamica In termodinamica si prescinde dai dettagli del sistema Si parte da una serie di principi astratti Si traggono conclusioni di tipo molto generale Esempi di sistemi termodinamici una batteria una soluzione chimica un gas perfetto …ed anche una cellula v gs Termodinamica

4 Capire la termodinamica: Perchè è importante?
Il principio di conservazione dell’energia permette di definire e quantificare i flussi di energia (I principio della termodinamica). Il II principio della termodinamica permette di determinare la direzione del flusso di energia e la sua “qualità”. Ogni sistema energetico (reattore nucleare, sole, cellula, turbina a gas) è sottoposto al I e al II principio della termodinamica. La termodinamica può essere usata per calcolare e prevedere i cambiamenti energetici di un sistema v gs Termodinamica

5 Sistemi termodinamici
Si definisce sistema: La quantità di materia o la regione dello spazio da studiare o da analizzare Si definisce ambiente: La regione al di fuori del sistema Ambiente Sistema Confine v gs Termodinamica

6 Sistema isolato La massa è fissa e la massa non può né uscire né entrare, nessuno scambio di massa con l’ambiente Non vi è scambio di energia tra il sistema e l’ambiente Nessuno scambio di massa Sistema isolato Ambiente Nessuno scambio energia v gs Termodinamica

7 Sistema chiuso La massa è fissa e la massa non può né uscire né entrare, nessuno scambio di massa L’energia può essere scambiata tra il sistema e l’ambiente Nessuno scambio di massa Sistema chiuso Ambiente Possibile scambio energia v gs Termodinamica

8 Sistema aperto La massa del sistema può variare, può essere scambiata con l’ambiente. L’energia può essere scambiata tra il sistema e l’ambiente Possibile scambio di massa Sistema aperto Ambiente Possibile scambio energia v gs Termodinamica

9 Proprietà di un sistema
Densità: Quantità di massa per unità di volume r = massa/volume La densità è una proprietà materiale e dipende poco dalla temperatura Unità: kg/m3, g/cm3, … Volume specifico: Inverso della densità n = 1/r Unità: m3/kg, cm3/g, … v gs Termodinamica

10 Proprietà Intensive Indipendenti dalle dimensioni del sistema
Temperatura Densità Pressione Estensive Dipendenti dalle dimensioni del sistema Massa Volume Energia totale v gs Termodinamica

11 La materia in termodinamica
Continuum vs. Discreto Continuo e omogeneo Continuum ideale Nessuna discontinuità in nessuna direzione (X, Y o Z) Discreto Continuum v gs Termodinamica

12 Definizione di stato termodinamico
Un sistema generico viene descritto da una serie di parametri globali (macroscopici) Se i parametri non variano nel tempo hanno lo stesso valore in tutti i punti dello spazio saremo in uno stato termodinamico v gs Termodinamica

13 equazione di stato Definizione di stato In generale i parametri
definiscono uno stato termodinamico sono legati fra loro da una equazione di stato v gs Termodinamica

14 Stato e Equilibrio Stato Equilibrio
Condizioni di un sistema come specificato dai valori delle sue proprietà (T=5.0°C, P=1 atm) Se le proprietà cambiano il sistema raggiunge un nuovo stato Equilibrio Non esistono sbilanciamenti o forze che spingono a variazioni del sistema Il sistema è in equilibrio quando non subisce cambiamenti macroscopici P V S1 S2 v gs Termodinamica

15 Equilibrio Equilibrio termico Equilibrio meccanico
Non esiste un gradiente di temperatura all’interno del sistema Equilibrio meccanico La pressione è costante in ogni punto del sistema T2 T1 = T2 T1 P2 P1 = P2 P1 P1 ≠ f(Tempo) P2 ≠ f(Tempo) v gs Termodinamica

16 Equilibrio termico Stato finale: T1=T2 T1 T2 Stato iniziale: T1>T2
T1,finale T2,finale Stato finale: T1=T2 v gs Termodinamica

17 Postulato dello stato Un sistema semplice comprimibile è completamente descritto da due proprietà intensive indipendenti (per es. Temperatura, Pressione, …) attraverso un equazione di stato Sistema semplice comprimibile Un sistema in assenza di effetti elettrici, magnetici, gravitazionali o di tensione superficiale Proprietà intensive indipendenti Una può variare mentre le altre restano costanti v gs Termodinamica

18 Processi e cicli Processo Percorso Processo di quasi-equilibrio
Cambiamento di un sistema da uno stato di equilibrio ad un altro Percorso Serie di stati attraverso i quali un sistema passa durante un processo Processo di quasi-equilibrio Processo lento che permette all’intero sistema di adattarsi in modo tale da rimanere vicino all’equilibrio Percorso S1 S2 v gs Termodinamica

19 Processo termodinamico
Stato 1 Stato 2 V T v gs Termodinamica

20 Processi termodinamici - Cicli
Processo isotermico La temperatura rimane costante Processo isobaro La pressione rimane costante Processo isometrico Il volume rimane costante Ciclo Il sistema raggiunge lo stato iniziale alla fine del processo p T S1 S2 p V S1 S2 p S1 S2 V v gs Termodinamica

21 Ciclo termodinamico p V T Stato 1 Stato 2 Processo 1 Processo 2
v gs Termodinamica

22 Forme di energia Termica (variazione di temperatura)
Meccanica (variazione di forma) Cinetica (movimento) Potenziale (posizione) Elettrica (carica elettrica) Magnetica (campo magnetico) Chimica (potenziale chimico) Nucleare (decadimento del nucleo) v gs Termodinamica

23 Energia in termodinamica
Non fornisce informazioni sul contenuto totale di energia di un sistema Ha a che fare con variazioni di energia (differenze, D) Macroscopica: descrizione dell’intero sistema rispetto ad una riferimento esterno (energia cinetica o energia potenziale) Microscopica: correlata alla struttura molecolare di un sistema ed indipendente da riferimenti esterni; la somma delle forme microscopiche di energia è l’energia interna v gs Termodinamica

24 Temperatura v gs Termodinamica

25 Temperatura e “principio zero” della termodinamica
Misura quanto freddo o quanto caldo è un sistema in modo quantitativo Riflette il grado di agitazione delle molecole Gas Bassa Temperatura Alta Temperatura v gs Termodinamica

26 Principio Zero della termodinamica
Se due corpi sono in equilibrio termico con un terzo corpo essi sono anche in equilibrio termico tra loro T1 T3 T2 Se T1 = T3 e T2 = T3, anche T1 = T2 v gs Termodinamica

27 1°C = 1K Scale di temperatura Kelvin Celsius
Punto di congelamento dell’acqua a P = 1 atm T = K Punto di vapore dell’acqua a P = 1 atm T = K Celsius Punto di congelamento dell’acqua a P = 1 atm T = 0 oC Punto di vapore dell’acqua a P = 1 atm T = 100 oC 1°C = 1K v gs Termodinamica

28 William Thompson Lord Kelvin
Scale di temperatura William Thompson Lord Kelvin Andre Celsius v gs Termodinamica

29 Diagramma di stato dell’acqua
v gs Termodinamica

30 Diagramma di stato dell’acqua
FUSIONE CONGELAMENTO EBOLLIZIONE CONDENSAZIONE BRINAZIONE SUBLIMAZIONE v gs Termodinamica

31 Temperatura T(K) = T(°C) v gs Termodinamica

32 Calore v gs Termodinamica

33 Calore e Temperatura La Temperatura riflette il movimento casuale delle particelle, correlata all’energia cinetica delle molecole. Il Calore coinvolge un trasferimento di energia tra due oggetti a temperatura differente. v gs Termodinamica

34 Flusso di Calore Il Calore fluisce da un corpo caldo ad uno freddo fino a quando non raggiungono la stessa temperatura Calore v gs Termodinamica

35 Flusso di Calore ed Equilibrio Termico
Quando un corpo caldo viene messo a contatto con un corpo freddo, del calore fluisce dal corpo caldo verso quello freddo, aumentando la sua energia, sino a raggiungere l’equilibrio termico. T1 T2 Stato iniziale: T1>T2 T1,finale T2,finale Stato finale: T1=T2 v gs Termodinamica

36 Calore scambiato Un processo che scambia calore si dice
Esotermico: se il calore viene emesso dal sistema verso l’ambiente Endotermico: se il calore viene assorbito dal sistema ed emesso dall’ambiente v gs Termodinamica

37 Energia, lavoro e calore
Un sistema può scambiare energia con l’ambiente mediante Calore scambiato Lavoro eseguito (dal sistema o dall’ambiente) Scaldando un corpo, aumentiamo la sua capacità di compiere lavoro e quindi aumentiamo la sua energia. Anche compiendo lavoro sul sistema aumentiamo la sua energia, ad esempio comprimendo un gas o tirando una molla. v gs Termodinamica

38 Calore specifico è la capacità termica dell’unità di massa del materiale si indica con c c dipende dal tipo di materiale e si devono precisare le condizioni sotto cui c è misurato nel SI il calore specifico c si misura in J/(kg·K) a pressione costante  cp a volume costante  cv v gs Termodinamica

39 Calore specifico solidi e liquidi
in genere si suppone che la misura di c sia fatta a pressione costante (pressione atmosferica)  cp la misura può essere fatta anche a volume costante, applicando una pressione esterna che impedisca la dilatazione termica  cv Per un gas cp e cv sono molto diversi  gas ideale cv è più difficile da determinare sperimentalmente si può calcolare differisce di poco da cp (qualche %) v gs Termodinamica

40 Calore specifico molare
è utilizzato in alcuni calcoli (vedi più avanti gas ideali) è la capacità termica di una mole della sostanza dove cmol è il calore specifico molare e n il numero di moli nel SI il calore specifico molare cmol si misura in J · mol-1·K-1 v gs Termodinamica

41 il calore specifico di un solido dipende dalla temperatura, soprattutto a basse T
v gs Termodinamica

42 Calore e lavoro Joule dimostrò come il Lavoro e il Calore fossero convertibili l’uno nell’altro Dopo aver variato l’Energia di un sistema, questo non “ricorda” se è stato eseguito del lavoro o se è stato scambiato del calore. James Joule ( ) v gs Termodinamica

43 L’Esperimento di Joule
Joules provò l’equivalenza tra calore e lavoro meccanico Il lavoro eseguito per far ruotare le pale, causa un aumento della temperatura dell’acqua Joules dimostrò anche che la quantità di calore prodotto era proporzionale alla quantità di lavoro v gs Termodinamica

44 Lavoro: energia in transito
Simbolo: w Il Lavoro è energia “ordinata” che può essere utilizzata per sollevare un peso nell’Ambiente Non può essere immagazzinata come Lavoro. Esiste SOLAMENTE durante il processo in cui viene eseguito il lavoro. v gs Termodinamica

45 Calore: energia per giungere all’equilibrio
Simbolo: q Il Calore è energia “disordinata” che viene trasferita tra sistema e ambiente per ristabilire l’equilibrio termico. NON può essere immagazzinato come Calore. Esiste SOLAMENTE durante il processo in cui viene scambiato. v gs Termodinamica

46 Calore contenuto??? Non si può parlare di Calore Contenuto in un corpo!! Solo di Energia contenuta v gs Termodinamica

47 Convenzioni Per convenzione, Lavoro e Calore sono negativi se diminuiscono l’energia del sistema, positivi se l’aumentano Lavoro: > 0 se è fatto sul sistema < 0 se è fatto dal sistema Calore: > 0 se è assorbito dal sistema < 0 se è emesso dal sistema v gs Termodinamica

48 Sistema e ambiente AMBIENTE q (in) endotermico -q (out) esotermico
U = energia interna DU = q + w w (in) sul sistema -w (out) dal sistema v gs Termodinamica

49 Conversione: Lavoro in Calore
Temperatura di una palla da tennis prima e dopo l’urto v gs Termodinamica

50 Calore e lavoro non si conservano
Il lavoro non è una funzione di stato, e dipende dal cammino. Essendo il Lavoro e il Calore equivalenti in Termodinamica, neanche il calore è una funzione di stato Il calore è una particolare forma di energia e quindi non sorprende che non sia una funzione di stato. v gs Termodinamica

51 Energia Interna Se calore e lavoro non esistono al di fuori del processo in cui vengono trasferiti, cosa diventano? L’evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo potesse immagazzinare l’energia internamente, senza trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in movimento. v gs Termodinamica

52 Energia Interna Viene postulata l’esistenza di una funzione U chiamata Energia Interna Che è data dalla somma dell’Energia Cinetica e Potenziale Molecolare Energia traslazionale, Energia rotazionale, Energia vibrazionale, Energia … v gs Termodinamica

53 Energia interna L’energia interna PUÒ venire immagazzinata!
Esiste una Ui prima del processo e una Uf dopo il processo. Esiste quindi un DU = Uf - Ui U è una funzione di stato U si comporta come una “banca”. Eseguendo lavoro sul sistema, U immagazzina una quantità equivalente di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di lavoro, o di calore o in altro modo. v gs Termodinamica

54 I principio (Legge) della termodinamica
v gs Termodinamica

55 Primo principio (legge) della termodinamica
Nonostante il Calore (q) e il Lavoro (w) non siano delle funzioni di stato, sperimentalmente si osserva che la loro somma è una variazione di una funzione di stato chiamata Energia Interna DU = q - w v gs Termodinamica

56 U = q - w Il Primo principio della Termodinamica racchiude più osservazioni sperimentali Calore e Lavoro sono equivalenti Esiste una funzione di stato chiamata U che rappresenta l’energia “interna” del sistema Se il sistema è isolato, q = w = 0, per cui DU = 0: l’energia si conserva v gs Termodinamica

57 L’Energia dell’universo è costante
Corollario L’Energia dell’universo è costante v gs Termodinamica

58 Unità di misura 1 Cal = 4186 J = 4.186 kJ
Cal: definita come la quantità di calore che serve per portare 1 kg di acqua da 14,5°C a 15,5°C Joule ( ) vede che lavoro-energia e calore sono la stessa cosa (circa metà dell’800) trasforma lavoro in calore e misura i risultati 1 Cal = 4186 J = kJ v gs Termodinamica

59 Il Primo Principio (in forma differenziale)
È spesso sia considerare dei cambiamenti infinitesimi su un sistema, invece di cambiamenti finiti: Il primo principio DU = q - w, in forma differenziale diventa dU = dq - dw v gs Termodinamica

60 Applicazioni Le forme di lavoro che possono essere eseguite da un sistema [bio(chimico)] sono molteplici: Lavoro meccanico (muscoli) Lavoro elettrico (fibre nervose) Lavoro chimico (biosintesi) … v gs Termodinamica

61 dU = dq – PdV (dw a P = costante)
Lavoro Per ora consideriamo il lavoro effettuato contro una pressione esterna a seguito di una reazione chimica: dw = PdV Se dV è piccolo a P è costante Dal primo principio: dU = dq – PdV (dw a P = costante) Integrando v gs Termodinamica

62 Lavoro DU Funzione di STATO con V = costante  dV = 0  DU = Dqv
con P = costante Calore assorbito a volume costante DU Calore assorbito a pressione costante Funzione di STATO v gs Termodinamica

63 Hf – Hi = (Uf – Ui) + P(Vf – Vi)
Entalpia Per convenienza definiamo una funzione di stato che deriva dall’energia: ENTALPIA (H) tale che: H = U + PV Quindi a P = costante Hf – Hi = (Uf – Ui) + P(Vf – Vi) DH = DU + PDV DH = Dqv v gs Termodinamica

64 P = costante Le reazioni che ci interessano avvengono (quasi) tutte a pressione costante e quindi l’entalpia (H) è più usata dell’energia interna (U) per descrivere l’energia messa in gioco in un processo. v gs Termodinamica

65 Un gas Per i gas esiste una semplice relazione che collega DU e DH:
PV = nRT Se T = costante e P = costante vi può essere una variazione di n: PDV = Dn(RT) DH = DU + Dn(RT) In soluzione (V = costante, DV = 0, PDV = 0) DH = DU + Dn(RT)  DH = DU v gs Termodinamica

66 II principio (Legge) della termodinamica
v gs Termodinamica

67 II principio e entropia
Il primo principio ci permette di definire il bilancio energetico di un processo, non ci dà nessuna informazione sulla “direzione” del processo: Calore v gs Termodinamica

68 II principio e entropia
Ciò non avviene (anche se non è proibito dal I principio della termodinamica) Calore v gs Termodinamica

69 Entropia e spontaneità
Entropia (S) – il grado di disordine di un sistema: Solidi – molto ordinati  bassa entropia. Gas – molto disordinati  alta entropia. Liquidi – l’entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica

70 Entropia e spontaneità
Entropia (S) – il grado di disordine di un sistema: Solidi – molto ordinati  bassa entropia. Gas – molto disordinati  alta entropia. Liquidi – l’entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica

71 Entropia e spontaneità
Entropia (S) – il grado di disordine di un sistema: Solidi – molto ordinati  bassa entropia. Gas – molto disordinati  alta entropia. Liquidi – l’entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica

72 Ordine e disordine Il disordine dell’acqua a 0°C è maggiore del disordine del ghiaccio a 0°C, Il disordine del vapor d’acqua a 100°C è maggiore del disordine dell’acqua liquida a 100°C. v gs Termodinamica

73 L’entropia è una grandezza di stato
S = Sf – Si Sf = entropia dello stato finale Si = entropia dello stato iniziale v gs Termodinamica

74 La variazione di entropia è diversa per diversi processi
la variazione di entropia è positiva (fusione del ghiaccio) S < 0 la variazione di entropia è negativa (congelamento dell’acqua o condensazione del vapore) v gs Termodinamica

75 Significato termodinamico
La variazione di entropia (dS) di un sistema durante un processo può essere correlata con il calore assorbito dal sistema durante il processo ad una temperatura T dS > dq/T TdS > dq Processo irreversibile dS = dq/T TdS = dq Processo reversibile v gs Termodinamica

76 Cambiamenti di fase Acqua  Ghiaccio 0°C = 273.16k
Processo reversibile pilotato dal cambio di pressione Acqua  Vapore 100°C = k v gs Termodinamica

77 Diagramma di stato dell’acqua
v gs Termodinamica

78 Il II principio (Legge) della termodinamica
L’entropia dell’universo (Suniv) aumenta spontaneamente Suniv è invariata in un processo all’equilibrio v gs Termodinamica

79 Cosa è Suniv? Suniv = Ssis + Samb Ssis Samb
la variazione di entropia del sistema. Samb la variazione di entropia dell’ambiente. v gs Termodinamica

80 Come si ottiene Suniv? Ci serve una stima sia di Ssis che di Samb.
Consideriamo la reazione. C(s) + 2H2 (g)  CH4(g) La variazione di entropia del sistema è la variazione di entropia della reazione, S. Come calcoliamo Samb? v gs Termodinamica

81 Calcoliamo Samb In un processo esotermico una quota di energia termica è rilasciata nell’ambiente! v gs Termodinamica

82 Calcoliamo Samb In un processo esotermico una quota di energia termica è rilasciata nell’ambiente! Una parte dell’ambiente viene riscaldata (aumenta l’energia cinetica). Aumenta l’entropia. v gs Termodinamica

83 Calcoliamo Samb In un processo endotermico una quota di energia termica è assorbita dall’ambiente! v gs Termodinamica

84 Calcoliamo Samb In un processo endotermico una quota di energia termica è rilasciata nell’ambiente! Una parte dell’ambiente viene raffreddata (diminuisce l’energia cinetica). diminuisce l’entropia. Per un processo a pressione costante qp = H Samb  Hamb Samb  -Hsis v gs Termodinamica

85 Calcoliamo Samb L’entropia dell’ambiente è calcolata come:
Samb = -Hsis / T Per una reazione chimica Hsis = H Samb = -H/ T v gs Termodinamica

86 Soluzioni Per la dissoluzione di NaCl (solido) in acqua
NaCl (s)  Na+(aq) + Cl-(aq) Solido cristallino molto ordinato bassa entropia Disordinato e casuale alta entropia Nella formazione di una soluzione si ha SEMPRE un aumento di entropia del sistema v gs Termodinamica

87 Generalizzando Per ogni reazione in fase gassosa (o reazione che coinvolge gas). ng > 0, S > 0 J/(K mole). ng < 0, S < 0 J/(K mole). ng = 0, S  0 J/(K mole). Per reazioni che coinvolgono SOLO liquidi o solidi: Dipende dai valori di entropia delle sostanze. v gs Termodinamica

88 Valori di S I valori di entropia sono assoluti
Gli elementi hanno valori di entropia diversi da ZERO Per esempio H2 (g) fH = 0 kJ/mole (per definizione) S = J/(K mole) v gs Termodinamica

89 Suniv = Ssis + Samb > 0 J/(K mole)
Spontaneità Processo spontaneo: Suniv = Ssis + Samb > 0 J/(K mole) Per una reazione chimica: Hsis = H Ssis = S Samb = -H/ T Suniv = S -H/ T v gs Termodinamica

90 Spontaneità TSuniv = TS - H oppure -TSuniv = -TS + H
Il criterio di spontaneità -TSuniv < 0  processo spontaneo -TSuniv > 0  processo non spontaneo v gs Termodinamica

91 Spontaneità Il valore di TSuniv  è dato da due parametri della reazione chimica S H Definiamo un parametro che ci dica univocamente se il processo è spontaneo. v gs Termodinamica

92 Energia libera (Energia di Gibbs)
Si definisce la finzione di stato “energia libera” come: G = H – TS Per un processo spontaneo Gsys = Gf – G i Gf = Energia libera allo stato finale Gi = Energia libera allo stato iniziale Josiah Willard Gibbs v gs Termodinamica

93 Energia libera e spontaneità
Gsis < 0 - processo spontaneo Gsis > 0 - processo non spontaneo (il processo è spontaneo nella direzione inversa) Gsis = 0 - il sistema è all’equilibrio NB: I valori di energia libera del sistema sono NON-STANDARD v gs Termodinamica

94 Energia libera di una reazione
Come si determina la variazione di energia libera di una reazione chimica? Combustione del metano. CH4 (g) + 2 O2 (g)  CO2 (g) + 2 H2O (l) Si definisce: G =  np Gf (prodotti) -  nr Gf (reagenti) Gf = energia libera di formazione della sostanza v gs Termodinamica

95 Energia libera di una reazione
Combustione del metano 1 CH4(g) + 2 O2(g)  1 CO2(g) + 2 H2O(l) G =  np fG (prodotti) -  nr Gf (reagenti) G = 2 Gf [H2O(l)] + 1 Gf [CO2(g)] – - (2 Gf [O2(g)] + 1 Gf [CH4(g)] ) v gs Termodinamica

96 Gf (elemento) = 0 kJ / mole.
v gs Termodinamica

97 III principio (Legge) della termodinamica
v gs Termodinamica

98 Il III principio (Legge) della termodinamica
L’Entropia descrive il grado di disordine del sistema. L’Entropia è proporzionale alla temperatura assoluta. Raffreddando un sistema si diminuisce il disordine. L’Entropia di un cristallo perfetto a 0 K (zero assoluto) è 0 J·K-1 ·mole-1 v gs Termodinamica

99 Applicazioni di G G = H - TS
Il valore di G ci permette di determinare in quale direzione fluisce spontaneamente un processo. Il G è fatto di due contributi: Entropia (S) Entalpia (H) G = H - TS v gs Termodinamica

100 Spontaneità Un processo procede fino a che: v 1.1.2 gs 2001-2010
Termodinamica

101 Spontaneità A P = costante e T = costante un processo è SPONTANEO se:
v gs Termodinamica

102 Spontaneità Se il processo è spontaneo il termine dH – TdS è negativo
Questo termine corrisponde ad una grandezza che mi dice quanto “spontaneo” è il processo (energia libera; dG) dG = dH - TdS v gs Termodinamica

103 Spontaneità DG < 0 Gf < Gi DG = 0
Quindi un processo avviene se e solo se: DG < 0 Gf < Gi E procede fino a che si raggiunge l’equilibrio dove: dq = TdS E dove, a P e T costanti: dH = TdS DG = 0 v gs Termodinamica

104 Equilibrio dG = dH – TdS = 0 All equilibrio: Quindi:
Un processo avviene a T costante e P costante fino a che il cambiamento di G è negativo, quando DG=0 il processo raggiunge l’equilibrio. v gs Termodinamica

105 univS = sysS + surrS > 0 J/(K mole)
DG = DH - TDS Processo spontaneo: DG < 0 Processo all’equilibrio: DG = 0 Processo inverso spontaneo: DG > 0 univS = sysS + surrS > 0 J/(K mole) Per una reazione chimica: Hsis = H Ssis = S Samb = -H/ T Suniv = S -H/ T v gs Termodinamica

106 Spontaneità e temperatura
H S G + < 0 ad alta temperatura - > 0 a tutte le temperature < 0 a tutte le temperature < 0 a bassa temperatura v gs Termodinamica

107 G e costante di equilibrio
G < 0 – spontaneo in condizioni standard G > 0 – non spontaneo in condizioni standard v gs Termodinamica

108 In una reazione chimica
Relazioni tra Q and Keq Q < Keq - la reazione procede verso destra (in avanti) Q > Keq - la reazione procede verso sinistra (indietro) Q = K - la reazione è all’equilibrio v gs Termodinamica

109 G e G° G° vale solo per le condizioni standard
(P = 1 atm; T = 25°C) Per condizioni non standard (G) G < 0 la reazione procede verso destra (in avanti) G > 0 la reazione procede verso sinistra (indietro) G = 0 la reazione è all’equilibrio v gs Termodinamica

110 G = 0  sistema all’equilibrio
Keq e G G = G + RT ln Q G = 0  sistema all’equilibrio 0 = G + RT ln Q(eq) G = -RT ln Keq v gs Termodinamica

111 I principi La Temperatura descrive il grado di agitazione delle molecole L’energia nell’universo è costante L’entropia dell’universo aumenta spontaneamente L’Entropia di un cristallo perfetto a 0 K (zero assoluto) è 0 J·K-1 ·mole-1 v gs Termodinamica

112 Contatti E-mail: giorgio.sartor@unibo.it Sito web:
Materiale didattico: v gs Termodinamica