16. La Termodinamica Il Primo Principio della Termodinamica

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1 16. La Termodinamica Il Primo Principio della Termodinamica
- i sistemi e il loro ambiente - calore e lavoro - l’energia interna - il trasferimento del calore a volume costante e l’entalpia Il Verso di Svolgimento dei Processi Spontanei - le trasformazioni spontanee - entropia e disordine - entropia standard - l’ambiente L’Energia Libera - energia libera e composizione - energia libera ed equilibrio

2 Sistema, Calore e Lavoro
Def. La TERMODINAMICA è quella branca della chimica che studia le trasformazioni dell’energia. Def. La TERMOCHIMICA è quella branca della chimica che studia il calore liberato o ceduto durante le trasformazioni chimiche. Def. L’ENERGIA è la capacità di compiere un lavoro. RISCALDIAMO o RAFFREDDIAMO COMPIAMO UN LAVORO o FACCIAMO COMPIERE UN LAVORO AGGIUNGIAMO o SOTTRAIAMO MATERIA es.: benzina nella macchina SISTEMA Tsis < Tamb Lavoro = P∙DV

3 L’Energia Interna ENERGIA CINETICA ENERGIA POTENZIALE
Def. Definiamo ENERGIA INTERNA l’energia totale di un sistema. ENERGIA CINETICA DU<0 DU>0 ENERGIA INTERNA, U Stato iniziale Stato finale ENERGIA POTENZIALE TRASFERIAMO CALORE, q [J] COMPIAMO LAVORO, w [J] Forniamo calore al sistema → q > 0 Compiamo un lavoro sul sistema → w > 0 PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: L’ENERGIA INTERNA DI UN SISTEMA ISOLATO È COSTANTE, DU = 0

4 Il Trasferimento del Calore
A VOLUME COSTANTE, DV = 0 A PRESSIONE COSTANTE, DH = q P w = 0 DU = q DU = DH - PDV DH – energia lavoro espansione DV > 0 LAVORO DI ESPANSIONE DV < 0 LAVORO SUL SISTEMA A VOLUME COSTANTE DU = q A PRESSIONE COSTANTE DU = DH - PDV

5 Le Trasformazioni Spontanee
Def. Definiamo TRASFORMAZIONE SPONTANEA una trasformazione naturale che tende a verificarsi senza l’intervento di alcuna influenza esterna. I PROCESSI SPONTANEI HANNO UNA TENDENZA A VERIFICARSI MA CIÒ NON AVVIENE NECESSARIAMENTE A VELOCITÀ APPREZZABILI

6 Entropia e Disordine Def. Definiamo ENTROPIA, S, la misura del grado del disordine di un sistema. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: L’ENTROPIA TENDE AD AUMENTARE. T = 0 K, S = 0

7 ENTROPIA DI REAZIONE STANDARD,
Entropia Standard P = 1 atm ENTROPIA DI REAZIONE STANDARD, N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) L’aumento della quantità risultante di gas sfocia in un’entropia positiva.

8 ? ? L’Ambiente P = cost PROCESSO ESOTERMICO PROCESSO ENDOTERMICO
- 22 kJ∙mol-1 PROCESSO ENDOTERMICO ? P = cost FLUSSO DI CALORE VARIAZIONE DI ENTROPIA VARIAZIONE DI ENTROPIA FLUSSO DI CALORE

9 La Variazione di Entropia Complessiva
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: OGNI CAMBIAMENTO SPONTANEO SI ACCOMPAGNA AD UN INCREMENTO DELL’ENTROPIA COMPLESSIVA DEL SISTEMA E DELL’AMBIENTE. PROCESSO ENDOTERMICO PROCESSO ESOTERMICO ENDOTERMICO PROCESSO ESOTERMICO

10 L’Energia Libera DG = -TDStot DG = DH - TDS ENERGIA LIBERA DI GIBBS, G
A PRESSIONE E TEMPERATURA COSTANTI IL VERSO DI SVOLGIMENTO DEI PROCESSI SPONTANEI È QUELLO NEL QUALE DIMINUISCE L’ENERGIA LIBERA DEL SISTEMA.

11 L’Energia Libera Standard di Reazione
Def. Definiamo ENERGIA LIBERA STANDARD DI FORMAZIONE, la variazione di energia libera standard che accompagna la formazione di 1 mol di composto a partire dagli elementi considerati nella propria forma più stabile e in condizioni standard. C(s, grafite) → C(s, grafite)

12 L’Energia Libera e Composizione
LA REAZIONE TENDE SPONTANEAMENTE ALLA COMPOSIZIONE CORRISPONDENTE AL PUNTO DI MINIMO DELLA CURVA. LA COMPOSIZIONE AL PUNTO DI MINIMO DELLA CURVA, OVVERO IL MINIMO DI ENERGIA LIBERA, CORRISPONDE AL RAGGIUNGIMENTO DELL’EQUILIBRIO. DIFFERENZA DELLE ENERGIE LIBERE STANDARD DI FORMAZIONE DEI PRODOTTI E DEI REAGENTI PURI NEI LORO STATI STANDARD. DIFFERENZA DELLE ENERGIE LIBERE TRA PRODOTTI E REAGENTI IN UN QUALSIASI MOMENTO DELLA REAZIONE.

13 Energia Libera e Equilibrio
All’equilibrio: DGr = 0 Q = K