TERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICA

Scienza che studia le relazioni tra il calore e le altre forme dScienza che studia le relazioni tra il calore e le altre forme dScienza che studia le relazioni tra il calore e le altre forme dScienza che studia le relazioni tra il calore e le altre forme di energia i energia i energia i energia coinvolte in un processo fisico o chimicocoinvolte in un processo fisico o chimicocoinvolte in un processo fisico o chimicocoinvolte in un processo fisico o chimico

Essa si basa sullo sviluppo di tre leggi che non sono derivate matematicamente, ma sono dedotte dagli esperimenti sul comportamento della materia macroscopica, e riassumono gli aspetti universali di tutta l’esperienza umana. La loro validità generale è stata ripetutamente dimostrata.

Per mezzo della termodinamica è possibile stabilire:

�se una reazione può avvenire spontaneamente

�quanta energia si può ottenere da una reazione

�quanta di questa energia può essere trasformata in lavoro utile

�quanta di questa energia è inevitabilmente dissipata

TERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICATERMODINAMICA

SISTEMA:La porzione di universo in cui si concentra l’attenzione in un esperimento.E’ il sistema che subisce la variazione che è oggetto di studio (es. recipiente di reazione)

AMBIENTE:Il resto dell’universo, o meglio la porzione di universo che può scambiare energia e/o materia con il sistema (in genere ci si limita alla parte circostante)

materia

energiaenergia

materia

energiaenergia

materia

energiaenergia

sistema aperto sistema chiuso sistema isolato

L’energia è la capacità di compiere un lavoro oppure di fornire calore.

Energia cinetica: energia legata al movimento di un corpo.Comprende tutti i possibili movimenti delle particelle:•traslazione•rotazione su sé stesse•vibrazione (oscillazione o variazione della distanza tra atomi)

ENERGIAENERGIAENERGIAENERGIAENERGIAENERGIAENERGIAENERGIA

ENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMAENERGIA INTERNA DI UN SISTEMA

L’energia interna è l’energia totale (cinetica + potenziale) associata ai movimenti (cinetica) ed alle posizioni (potenziale) relative delle molecole,

atomi, elettroni del sistema.

Energia potenziale: contenuto energetico totale di un corpo dovuto alle interazioni tra particelle: è legata alla posizione reciproca delle particelle cariche che compongono atomi, molecole e ioni.

SOLIDI le molecole si muovono poco, vibrano attorno alle posizioni del reticolo� Epot

GAS le molecole sono sempre a grandi distanze dove la forza intermolecolare e’ quasi nulla� Ecin

LL’’energia interna E energia interna E èè una una funzione di statofunzione di stato ciocioèè èè una proprietuna proprietàà che che dipende esclusivamente dallo stato attuale del sistema ed dipende esclusivamente dallo stato attuale del sistema ed èècompletamente determinato da alcune variabili del sistema (T e completamente determinato da alcune variabili del sistema (T e P) ed P) ed èè indipendenteindipendente da ogni precedente storia del sistemada ogni precedente storia del sistema

Quando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato allQuando un sistema subisce una trasformazione da uno stato all’’’’’’’’altro altro altro altro altro altro altro altro la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna la variazione di energia interna èèèèèèèè uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori uguale alla differenza dei valori finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:finale ed iniziale:

∆∆∆∆∆∆∆∆E = E = E = E = E = E = E = E = EEEEEEEEfinalefinalefinalefinalefinalefinalefinalefinale-------- EEEEEEEEinizialeinizialeinizialeinizialeinizialeinizialeinizialeiniziale

h0

h1

Generalmente si Generalmente si èè interessati alle variazioni dellinteressati alle variazioni dell’’energia interna energia interna piuttosto che al suo valore assoluto. Tali variazioni sono deterpiuttosto che al suo valore assoluto. Tali variazioni sono determinate minate misurando lo scambio di energia tra il sistema in esame e lmisurando lo scambio di energia tra il sistema in esame e l’’ambiente ambiente che lo circonda.che lo circonda.

Ci sono due modi in cui Ci sono due modi in cui ll’’energia può essere scambiata energia può essere scambiata tra il sistema e ltra il sistema e l’’ambienteambiente

calorecalore

lavorolavoro

EE’’ importante notare che mentre limportante notare che mentre l’’energia interna energia interna èè una proprietuna proprietàà di un di un dato sistema, calore e lavoro non lo sono. Un sistema contiene edato sistema, calore e lavoro non lo sono. Un sistema contiene energia nergia interna ma non calore o lavoro.interna ma non calore o lavoro.

Questi sono invece i mezzi con cui il sistema scambia energia coQuesti sono invece i mezzi con cui il sistema scambia energia con n ll’’ambiente ed esistono solo durante un cambiamento del sistemaambiente ed esistono solo durante un cambiamento del sistema

UnitUnitUnitUnitUnitUnitUnitUnitàààààààà di misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segnidi misura e convenzione dei segni

• l'unità di misura energia nel S.I. è il joulejoulejoulejoule (j):1 J =1 kg m2/s2

• Una unità di misura largamente utilizzata in chimica è la caloriacaloriacaloriacaloria(cal): quantità di energia necessaria per aumentare di l°C la temperatura di 1 g di acqua.

1 1 1 1 calcalcalcal = 4.184 J= 4.184 J= 4.184 J= 4.184 J

AMBIENTE

SISTEMASISTEMA

+ q - q

- w + w

q = calore+ q: l’ambiente cede calore

al sistema- q: il sistema cede calore

all’ambiente

w = lavoro- w: l’ambiente compie lavoro

sul sistema+ w: il sistema compie lavoro

sull’ambiente

– Esotermico: se il calore viene emesso dal sistema verso

l’ambiente

– Endotermico: se il calore viene assorbito dal sistema ed emesso

dall’ambiente

IlIl calorecalore èè ll’’energia che passa in un sistema o fluisce da esso in seguito energia che passa in un sistema o fluisce da esso in seguito ad una differenza di temperatura fra il sistema ed il suo ambienad una differenza di temperatura fra il sistema ed il suo ambiente.te.Il calore fluisce da una regione a temperatura piIl calore fluisce da una regione a temperatura piùù alta ad una a alta ad una a temperatura pitemperatura piùù bassa; il flusso di calore si ferma quando le bassa; il flusso di calore si ferma quando le temperature diventano uguali.temperature diventano uguali.

CALORECALORECALORECALORECALORECALORECALORECALORE

• Simbolo: Q

• Il Calore e’ energia ‘disordinata’ cheviene trasferita tra sistema e ambienteper ristabilire l’equilibrio termico.

• NON puo’ essere immagazzinatocome Calore. Esiste SOLAMENTEdurante il processo in cui vienescambiato.

LAVOROLAVOROLAVOROLAVOROLAVOROLAVOROLAVOROLAVORO

Il trasferimento di energia come Il trasferimento di energia come lavorolavoro èè lo scambio di energia che si lo scambio di energia che si verifica quando una forza F sposta un oggetto di una distanza d verifica quando una forza F sposta un oggetto di una distanza d (lavoro meccanico)(lavoro meccanico)

w = F x d = F x w = F x d = F x ∆∆xxIn chimica ci si interessa principalmente a variazioni di volumeIn chimica ci si interessa principalmente a variazioni di volume di un di un recipiente contenente una o pirecipiente contenente una o piùù sostanze, eventualmente reagenti.sostanze, eventualmente reagenti.

Ricordando che la pressione Ricordando che la pressione èè definita come definita come

VPxPAW

PAFA

FP

∆=∆=

=→=

TRASFORMAZIONE ISOBARA: variazione di volume del gas contro unapressione costante

P

VV iV f

P

∆∆∆∆∆∆∆∆VV

P

VV iV f

P

∆∆∆∆∆∆∆∆VV

∫=

=2

1

V

V

PdVW

PdVWδ

Il lavoro non è una funzione di stato e dipende quindi dal tipo ditrasformazione:

P

VV iV f∆∆∆∆∆∆∆∆VV

P

VV iV f∆∆∆∆∆∆∆∆VV

P

VV iV f∆∆∆∆∆∆∆∆VV

P

VV iV f∆∆∆∆∆∆∆∆VV

Pi

∆∆∆∆Vi

VPVVPPdVWV

V

∆=−== ∫ )( 12

2

1

TRASFORMAZIONE ISOTERMA: variazione di volume del gas a temperatura costante

∫∫∫

====

2

1

2

1

2

1 1

2ln1

V

V

V

V

V

V V

VRTdV

VRTdV

V

RTPdVW

Equazione dei gas perfetti per 1 moleP=RT/V

TRASFORMAZIONE ISOCORA: a volume costante

0=W

12

• Simbolo: w

• Il Lavoro e’ energia ‘ordinata’ chepuo’ essere utilizzata per sollevare un peso nell’Ambiente

• Non puo’ essere immagazzinatacome Lavoro. Esiste SOLAMENTEdurante il processo in cui vieneeseguito il lavoro.

Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in Lavoro: Energia in TTTTTTTTransitoransitoransitoransitoransitoransitoransitoransito

mpeso

∆h

ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)ESPERIMENTO DI JOULE (1843)Joule mostrò come il Lavoro e il Calore fossero convertibili l’uno

nell’altro

Calore e lavoro meccanico sono Calore e lavoro meccanico sono due forme di ENERGIAdue forme di ENERGIA

EquivalenzaEquivalenzaEquivalenzaEquivalenzaEquivalenzaEquivalenzaEquivalenzaEquivalenza tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro tra calore e lavoro

Il Il Il Il Il Il Il Il lavorolavorolavorolavorolavorolavorolavorolavoro eseguitoeseguitoeseguitoeseguitoeseguitoeseguitoeseguitoeseguito per far per far per far per far per far per far per far per far ruotareruotareruotareruotareruotareruotareruotareruotare le le le le le le le le pale, pale, pale, pale, pale, pale, pale, pale, causacausacausacausacausacausacausacausa un un un un un un un un aumentoaumentoaumentoaumentoaumentoaumentoaumentoaumento delladelladelladelladelladelladelladellatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperatura delldelldelldelldelldelldelldell’’’’’’’’acquaacquaacquaacquaacquaacquaacquaacqua........La quantitLa quantitLa quantitLa quantitLa quantitLa quantitLa quantitLa quantitàààààààà di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era di calore prodotto era proporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitproporzionale alla quantitàààààààà di lavorodi lavorodi lavorodi lavorodi lavorodi lavorodi lavorodi lavoro

• 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

CaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCalore e e e e e e e e LavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoro non non non non non non non non sisisisisisisisi ConservanoConservanoConservanoConservanoConservanoConservanoConservanoConservano

• Scaldando un corpo, aumentiamo la sua capacita’ di compiere lavoro e quindi aumentiamo la sua energia

• Anche compiendo lavoro sul sistema aumentiamo la sua energia, adesempio comprimendo un gas o tirando una molla.

EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEnergia, , , , , , , , LavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoroLavoro e e e e e e e e CaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCaloreCalore

• Se Se Se Se CaloreCaloreCaloreCalore e e e e LavoroLavoroLavoroLavoro non non non non esistonoesistonoesistonoesistono al al al al didididi fuorifuorifuorifuori del del del del processoprocessoprocessoprocesso in cui in cui in cui in cui vengonovengonovengonovengono trasferititrasferititrasferititrasferiti, , , , cosacosacosacosa diventanodiventanodiventanodiventano????

• LLLL’’’’evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo potesse potesse potesse potesse immagazzinareimmagazzinareimmagazzinareimmagazzinare llll’’’’energia internamente, senza energia internamente, senza energia internamente, senza energia internamente, senza trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in movimento.movimento.movimento.movimento.

Primo Primo Primo Primo Primo Primo Primo Primo principioprincipioprincipioprincipioprincipioprincipioprincipioprincipio delladelladelladelladelladelladelladella TermodinamicaTermodinamicaTermodinamicaTermodinamicaTermodinamicaTermodinamicaTermodinamicaTermodinamica

• LLLL’’’’energiaenergiaenergiaenergia InternaInternaInternaInterna PUOPUOPUOPUO’’’’ essereessereessereessere immagazzinataimmagazzinataimmagazzinataimmagazzinata

• E E E E si comporta come una si comporta come una si comporta come una si comporta come una ““““bancabancabancabanca””””. Eseguendo lavoro . Eseguendo lavoro . Eseguendo lavoro . Eseguendo lavoro sul sistema, E immagazzina una quantitsul sistema, E immagazzina una quantitsul sistema, E immagazzina una quantitsul sistema, E immagazzina una quantitàààà equivalente equivalente equivalente equivalente di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di lavoro, o di calore o in altro mododi lavoro, o di calore o in altro mododi lavoro, o di calore o in altro mododi lavoro, o di calore o in altro modo....

• PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLPRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLPRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLPRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’’’’ENERGIAENERGIAENERGIAENERGIA

∆∆∆∆E = q - w

LLLLLLLL’’’’’’’’energia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad unenergia si conserva: si trasforma da una forma ad un’’’’’’’’altra, ma altra, ma altra, ma altra, ma altra, ma altra, ma altra, ma altra, ma la somma dellla somma dellla somma dellla somma dellla somma dellla somma dellla somma dellla somma dell’’’’’’’’energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.energia nelle varie forme rimane costante.

• Il Primo principio della Termodinamica racchiude più osservazioni

sperimentali

– Calore e Lavoro sono equivalenti

– Esiste una funzione di stato chiamata e che rappresenta

l’energia “interna” del sistema

– Se il sistema è isolato

q = w = 0 � per cui ∆E = 0

L’Energia dell’Universo è costanteLL’’Energia dellEnergia dell’’Universo Universo èè costantecostante

Reazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energiaReazioni ed energia

Nel corso di una reazione chimica si rompono dei legami e se ne formano di nuovi: il passaggio dai reagenti ai prodotti è sempre accompagnato da una variazione di energia chimica potenziale.

In molti casi l’energia potenziale diminuisce , cioè i prodotti possiedono un’energia potenziale inferiore a quella dei reagenti, in altri casi accade l’inverso.

Queste trasformazioni energetiche consistono, quasi sempre, in trasferimenti e scambi di calore o lavoro.

ReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioniReazioni esotermicheesotermicheesotermicheesotermicheesotermicheesotermicheesotermicheesotermiche ed endotermicheed endotermicheed endotermicheed endotermicheed endotermicheed endotermicheed endotermicheed endotermiche

Le reazioni che avvengono con produzione di calore, cioè trasferiscono energia dal sistema all’ambiente, sono esotermiche.

N2 + O2 + energia � 2NO

H2 + I2 + energia � 2HI

C + O2 � CO2 + calore

C6H12O6 + O2 � 6 CO2 + 6 H2O + calore

Le reazioni che avvengono assorbendo calore sono endotermiche.

ener

gia

H Cl H Cl

molecole prodotte (HCl)

Cl Cl H H

molecole reagenti (H2 e Cl2)

HCl

Cl H elementi (H e Cl)

H2 + Cl2 2HCl

Energia

Energia

Per un Per un processoprocesso cheche avvieneavviene a a volume volume costantecostante, ad , ad esempioesempio in un in un recipienterecipiente chiusochiuso, , sisi ha w=0 e ha w=0 e quindiquindi la la variazionevariazione didi energiaenergia internainterna èèparipari al al calorecalore sviluppatosviluppato e e prodottoprodotto volume volume costantecostante

∆∆E= E= E= E= E= E= E= E= qqqqqqqqVVVVVVVV

MoltoMolto spessospesso gligli esperimentiesperimenti avvengonoavvengono a a pressionepressione costantecostante. In . In questequeste condizionicondizioni ilil calorecalore assorbitoassorbito o o sviluppatosviluppato sarsaràà diversodiverso dalladallavariazionevariazione didi energiaenergia internainterna. .

SiSi definiscedefinisce quindiquindi unauna nuovanuova funzionefunzione didi statostato

ENTALPIA HENTALPIA H

ENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA HENTALPIA H

∆∆E = Q E = Q –– W a W a pressionepressione costantecostante W=PW=P∆∆VV

∆∆E = Q E = Q –– PP∆∆VV

EE22 –– EE11 = Q = Q –– P(VP(V22--VV11) = Q ) = Q -- PVPV2 2 + PV+ PV11

RiordinandoRiordinando i terminii termini

EE22 + PV+ PV2 2 –– EE11 -- PVPV11 = Q= Q H=E+PVH=E+PV

HH22 –– HH11 = = QpQp

LL’’entalpiaentalpia èè ilil calorecalore scambiatoscambiato a a pressionepressione costantecostante..

L'entalpiaL'entalpiaL'entalpiaL'entalpiaL'entalpiaL'entalpiaL'entalpiaL'entalpia èèèèèèèè unaunaunaunaunaunaunauna funzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzione didididididididi statostatostatostatostatostatostatostato perchperchperchperchperchperchperchperchèèèèèèèè lo lo lo lo lo lo lo lo sonosonosonosonosonosonosonosono E, P e V. E, P e V. E, P e V. E, P e V. E, P e V. E, P e V. E, P e V. E, P e V.

Relazione tra Relazione tra Relazione tra Relazione tra Relazione tra Relazione tra Relazione tra Relazione tra ∆∆∆∆∆∆∆∆H e H e H e H e H e H e H e H e ∆∆∆∆∆∆∆∆EEEEEEEE

H=E+PV H=E+PV H=E+PV H=E+PV H=E+PV H=E+PV H=E+PV H=E+PV

∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = H = H = H = H = H = H = ∆∆∆∆∆∆∆∆E + E + E + E + E + E + E + E + ∆∆∆∆∆∆∆∆ ((((((((PV)PV)PV)PV)PV)PV)PV)PV)

Per un gas Per un gas Per un gas Per un gas Per un gas Per un gas Per un gas Per un gas idealeidealeidealeidealeidealeidealeidealeideale PV=PV=PV=PV=PV=PV=PV=PV=nRTnRTnRTnRTnRTnRTnRTnRT

A A A A A A A A temperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperatura costantecostantecostantecostantecostantecostantecostantecostante

∆∆∆∆∆∆∆∆((((((((PV)= PV)= PV)= PV)= PV)= PV)= PV)= PV)= ∆∆∆∆∆∆∆∆((((((((nRTnRTnRTnRTnRTnRTnRTnRT)=RT )=RT )=RT )=RT )=RT )=RT )=RT )=RT ∆∆∆∆∆∆∆∆nnnnnnnn

∆∆∆∆∆∆∆∆H = H = H = H = H = H = H = H = ∆∆∆∆∆∆∆∆E + E + E + E + E + E + E + E + RTRTRTRTRTRTRTRT∆∆∆∆∆∆∆∆nnnnnnnn

Se le Se le Se le Se le Se le Se le Se le Se le reazionireazionireazionireazionireazionireazionireazionireazioni coinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgono solo solo solo solo solo solo solo solo liquidiliquidiliquidiliquidiliquidiliquidiliquidiliquidi e e e e e e e e solidisolidisolidisolidisolidisolidisolidisolidi sisisisisisisisi ha solo ha solo ha solo ha solo ha solo ha solo ha solo ha solo unaunaunaunaunaunaunauna minima minima minima minima minima minima minima minima variazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazione didididididididi volume, volume, volume, volume, volume, volume, volume, volume, perchperchperchperchperchperchperchperchèèèèèèèè la la la la la la la la densitdensitdensitdensitdensitdensitdensitdensitàààààààà didididididididi tuttetuttetuttetuttetuttetuttetuttetutte le specie le specie le specie le specie le specie le specie le specie le specie coinvoltecoinvoltecoinvoltecoinvoltecoinvoltecoinvoltecoinvoltecoinvolte, , , , , , , , contenenticontenenticontenenticontenenticontenenticontenenticontenenticontenenti gligligligligligligligli stessistessistessistessistessistessistessistessi atomiatomiatomiatomiatomiatomiatomiatomi, , , , , , , , sonosonosonosonosonosonosonosono grandigrandigrandigrandigrandigrandigrandigrandi e e e e e e e e similisimilisimilisimilisimilisimilisimilisimili

∆∆∆∆∆∆∆∆E E E E E E E E ≈≈≈≈≈≈≈≈ ∆∆∆∆∆∆∆∆H H H H H H H H

Se le Se le Se le Se le reazionireazionireazionireazioni coinvolgonocoinvolgonocoinvolgonocoinvolgono ancheancheancheanche gas gas gas gas bisognabisognabisognabisogna considerareconsiderareconsiderareconsiderare la la la la variazionevariazionevariazionevariazione didididi volume. volume. volume. volume.

TERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICATERMOCHIMICA

EE‘‘ quellaquella parteparte delladella termodinamicatermodinamica cheche studiastudia la la quantitquantitàà didi

calorecalore assorbitoassorbito o o sviluppatosviluppato nellenelle reazionireazioni chimichechimiche..

DallaDallaDallaDalla conoscenzaconoscenzaconoscenzaconoscenza delledelledelledelle energieenergieenergieenergie didididi legamelegamelegamelegame didididi tuttituttituttitutti i i i i legamilegamilegamilegami implicatiimplicatiimplicatiimplicati in in in in unaunaunaunareazionereazionereazionereazione èèèè possibilepossibilepossibilepossibile stimarestimarestimarestimare approssimativamenteapprossimativamenteapprossimativamenteapprossimativamente ilililil ∆∆∆∆H H H H delladelladelladella reazionereazionereazionereazione in in in in fasefasefasefase gassosagassosagassosagassosa....ConsideriamoConsideriamoConsideriamoConsideriamo ad ad ad ad esempioesempioesempioesempio::::

CHCHCHCH4444(g) + Cl(g) + Cl(g) + Cl(g) + Cl2222(g) (g) (g) (g) →→→→ CHCHCHCH3333Cl(g) + Cl(g) + Cl(g) + Cl(g) + HCl(gHCl(gHCl(gHCl(g)))) ∆∆∆∆H = ?H = ?H = ?H = ?

Questa Questa Questa Questa reazionereazionereazionereazione puòpuòpuòpuò essereessereessereessere considerataconsiderataconsiderataconsiderata avvenireavvenireavvenireavvenire rompendorompendorompendorompendo prima prima prima prima ilililillegamelegamelegamelegame ClClClCl----ClClClCl ed un ed un ed un ed un legamelegamelegamelegame CCCC----H.H.H.H.

H-C-H

H

H

-- + Cl-Cl →→→→ H-C + H + Cl + Cl

H

H

--

∆∆∆∆H1=E(C-H)+E(Cl-Cl)

E poi E poi E poi E poi formandoformandoformandoformando un un un un legamelegamelegamelegame CCCC----ClClClCl ed ed ed ed unounounouno HHHH----ClClClCl

H-C + H + Cl + Cl

H

H

-- H-C-Cl

H

H

-- + H-Cl→→→→

ComplessivamenteComplessivamenteComplessivamenteComplessivamente sisisisi ha ha ha ha quindiquindiquindiquindi::::

∆∆∆∆H = H = H = H = ∆∆∆∆HHHH1111++++∆∆∆∆HHHH2222

EEEEEEEE’’’’’’’’ possibilepossibilepossibilepossibilepossibilepossibilepossibilepossibile stimarestimarestimarestimarestimarestimarestimarestimare ilililililililil ∆∆∆∆∆∆∆∆H H H H H H H H didididididididi unaunaunaunaunaunaunauna reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione come come come come come come come come sommasommasommasommasommasommasommasomma delledelledelledelledelledelledelledelle energieenergieenergieenergieenergieenergieenergieenergie deideideideideideideideilegamilegamilegamilegamilegamilegamilegamilegami rottirottirottirottirottirottirottirotti menomenomenomenomenomenomenomeno la la la la la la la la sommasommasommasommasommasommasommasomma delledelledelledelledelledelledelledelle energieenergieenergieenergieenergieenergieenergieenergie deideideideideideideidei legamilegamilegamilegamilegamilegamilegamilegami formatiformatiformatiformatiformatiformatiformatiformati. . . . . . . .

I I I I caloricaloricaloricalori didididi reazionereazionereazionereazione vengonovengonovengonovengono comunementecomunementecomunementecomunemente calcolaticalcolaticalcolaticalcolati dadadada datidatidatidatitermodinamicitermodinamicitermodinamicitermodinamici, , , , perchperchperchperchèèèè sonosonosonosono pipipipiùùùù accuratiaccuratiaccuratiaccurati. . . . QuandoQuandoQuandoQuando questiquestiquestiquesti non non non non sonosonosonosonodisponibilidisponibilidisponibilidisponibili sisisisi puòpuòpuòpuò dare dare dare dare unaunaunauna valutazionevalutazionevalutazionevalutazione approssimataapprossimataapprossimataapprossimata con con con con questoquestoquestoquesto metodometodometodometodo....

∆∆∆∆H2=-E(C-Cl)-E(H-Cl)

AttraversoAttraversoAttraversoAttraverso le le le le energieenergieenergieenergie didididi legamelegamelegamelegame èèèè possibilepossibilepossibilepossibile prevedereprevedereprevedereprevedere se se se se unaunaunaunareazionereazionereazionereazione sarsarsarsaràààà esotermicaesotermicaesotermicaesotermica o o o o endotermicaendotermicaendotermicaendotermica. In . In . In . In generalegeneralegeneralegenerale, se, se, se, se

LegamiLegamiLegamiLegami debolidebolidebolideboli ⇒⇒⇒⇒ LegamiLegamiLegamiLegami fortifortifortiforti ∆∆∆∆H<0H<0H<0H<0((((reagentireagentireagentireagenti) () () () (prodottiprodottiprodottiprodotti) ) ) ) esotermicaesotermicaesotermicaesotermica

LegamiLegamiLegamiLegami fortifortifortiforti ⇒⇒⇒⇒ LegamiLegamiLegamiLegami debolidebolidebolideboli ∆∆∆∆H>0H>0H>0H>0((((reagentireagentireagentireagenti) () () () (prodottiprodottiprodottiprodotti) ) ) ) endotermicaendotermicaendotermicaendotermica

LEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESSLEGGE DI HESS

Il Il Il Il Il Il Il Il calorecalorecalorecalorecalorecalorecalorecalore didididididididi reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione dipendedipendedipendedipendedipendedipendedipendedipende dalledalledalledalledalledalledalledalle condizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizioni in cui in cui in cui in cui in cui in cui in cui in cui avvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavviene la la la la la la la la reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione. . . . . . . . GeneralmenteGeneralmenteGeneralmenteGeneralmenteGeneralmenteGeneralmenteGeneralmenteGeneralmente unaunaunaunaunaunaunauna reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione avvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavvieneavviene in un in un in un in un in un in un in un in un recipienterecipienterecipienterecipienterecipienterecipienterecipienterecipiente apertoapertoapertoapertoapertoapertoapertoapertoa a a a a a a a pressionepressionepressionepressionepressionepressionepressionepressione atmosfericaatmosfericaatmosfericaatmosfericaatmosfericaatmosfericaatmosfericaatmosferica costantecostantecostantecostantecostantecostantecostantecostante. Il . Il . Il . Il . Il . Il . Il . Il calorecalorecalorecalorecalorecalorecalorecalore didididididididi reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione vienevienevienevienevienevienevieneviene quindiquindiquindiquindiquindiquindiquindiquindiassuntoassuntoassuntoassuntoassuntoassuntoassuntoassunto in in in in in in in in questequestequestequestequestequestequestequeste condizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizioni ed ed ed ed ed ed ed ed indicatoindicatoindicatoindicatoindicatoindicatoindicatoindicato con con con con con con con con qqqqqqqqpppppppp

in cuiin cuiin cuiin cuiin cuiin cuiin cuiin cui

LLLLLLLL’’’’’’’’entalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpia èèèèèèèè unaunaunaunaunaunaunauna funzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzione didididididididi statostatostatostatostatostatostatostato

Per Per Per Per Per Per Per Per quantoquantoquantoquantoquantoquantoquantoquanto vistovistovistovistovistovistovistovisto prima prima prima prima prima prima prima prima essoessoessoessoessoessoessoesso èèèèèèèè ugualeugualeugualeugualeugualeugualeugualeuguale allaallaallaallaallaallaallaalla variazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazionevariazione didididididididi entalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpia delladelladelladelladelladelladelladellareazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione

qqqqqqqqpppppppp======== ∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= HHHHHHHHffffffff--------HHHHHHHHiiiiiiii

∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= H(prodottiH(prodottiH(prodottiH(prodottiH(prodottiH(prodottiH(prodottiH(prodotti)))))))) --------H(reagentiH(reagentiH(reagentiH(reagentiH(reagentiH(reagentiH(reagentiH(reagenti))))))))

DiagrammiDiagrammiDiagrammiDiagrammiDiagrammiDiagrammiDiagrammiDiagrammi entalpicientalpicientalpicientalpicientalpicientalpicientalpicientalpici

HHHHHHHH

2H2H2H2H2222(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O2222(g)(g)(g)(g) ���� 2H2H2H2H2222O(l) O(l) O(l) O(l) ∆∆∆∆∆∆∆∆H=H=H=H=H=H=H=H=--------571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ

2H2H2H2H2H2H2H2H22222222O(O(O(O(O(O(O(O(llllllll))))))))

2H2H2H2H2H2H2H2H22222222((((((((gggggggg), O), O), O), O), O), O), O), O22222222((((((((gggggggg) ) ) ) ) ) ) )

∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= --------571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ571,7 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆H=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJH=571,7 kJ

2H2H2H2H2222O(l) O(l) O(l) O(l) ���� 2H2H2H2H2222(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O2222(g)(g)(g)(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJH=+571,7 kJ

EntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpiaEntalpia

Il ∆H è proporzionale alla quantità di sostanza.

H2O(g) → H2(g) + 1/2 O2(g)

∆H = +241.8 kJ

2 H2O(g) → 2 H2(g) + 1 O2(g)

∆H = +483.6 kJ

La fase dei reagenti e dei prodotti è importante

H2O(g) → H2(g) + 1/2O2(g)

∆H = +241.8 kJ

H2O(l) → H2(g) + 1/2O2(g)

∆H = +285.8 kJ

∆Ha ∆Hb

∆Hc

∆Hc= ∆Ha+ ∆Hb

Il Il Il Il Il Il Il Il fattofattofattofattofattofattofattofatto chechechechechechecheche llllllll’’’’’’’’entalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpia siasiasiasiasiasiasiasia unaunaunaunaunaunaunauna funzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzionefunzione didididididididi statostatostatostatostatostatostatostato implicaimplicaimplicaimplicaimplicaimplicaimplicaimplica chechechechechechecheche possopossopossopossopossopossopossoposso

scomporrescomporrescomporrescomporrescomporrescomporrescomporrescomporre unaunaunaunaunaunaunauna reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione in in in in in in in in pipipipipipipipiùùùùùùùù stadistadistadistadistadistadistadistadi intermediintermediintermediintermediintermediintermediintermediintermedi didididididididi cui cui cui cui cui cui cui cui conoscoconoscoconoscoconoscoconoscoconoscoconoscoconosco ilililililililil ∆∆∆∆∆∆∆∆H per H per H per H per H per H per H per H per determinaredeterminaredeterminaredeterminaredeterminaredeterminaredeterminaredeterminare quelloquelloquelloquelloquelloquelloquelloquello complessivocomplessivocomplessivocomplessivocomplessivocomplessivocomplessivocomplessivo........

EsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempio: : : : : : : : SiSiSiSiSiSiSiSi puòpuòpuòpuòpuòpuòpuòpuò considerareconsiderareconsiderareconsiderareconsiderareconsiderareconsiderareconsiderare chechechechechechecheche la la la la la la la la reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione con con con con con con con con ∆∆∆∆∆∆∆∆H H H H H H H H ignotoignotoignotoignotoignotoignotoignotoignoto::::::::

2C(grafite) + O2C(grafite) + O2C(grafite) + O2C(grafite) + O2222(g)(g)(g)(g)���� 2CO(g) 2CO(g) 2CO(g) 2CO(g)

C(grafiteC(grafiteC(grafiteC(grafite) + O) + O) + O) + O2222 (g)(g)(g)(g)���� COCOCOCO2222(g) (g) (g) (g) ∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHH11111111= = = = = = = = --------393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ393,5 kJ

2CO2CO2CO2CO2222(g) (g) (g) (g) ���� 2CO(g) + O2CO(g) + O2CO(g) + O2CO(g) + O2222(g)(g)(g)(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHH22222222= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ

avvengaavvengaavvengaavvengaavvengaavvengaavvengaavvenga in due in due in due in due in due in due in due in due stadistadistadistadistadistadistadistadi didididididididi cui cui cui cui cui cui cui cui sonosonosonosonosonosonosonosono notinotinotinotinotinotinotinoti i i i i i i i i ∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHHE

ntal

pia

(kJ)

∆∆∆∆∆∆∆∆HH22= +566,0 kJ= +566,0 kJ

2 CO2(g)

2 CO(g) + O2(g)

2 C(graf) + 2 O2(g)

∆∆∆∆∆∆∆∆HH11==--393,5 x 2=393,5 x 2=--787,0 kJ787,0 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆H=?H=?H=?H=?H=?H=?H=?H=?

∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= --221 kJ221 kJ

2C2C2C2C(grafite)(grafite)(grafite)(grafite) + 2 O+ 2 O+ 2 O+ 2 O2(g) 2(g) 2(g) 2(g) ���� 2CO2CO2CO2CO2(g)2(g)2(g)2(g)

2CO2CO2CO2CO2(g)2(g)2(g)2(g) ���� 2CO2CO2CO2CO(g)(g)(g)(g) + O+ O+ O+ O2222 (g)(g)(g)(g)

2C2C2C2C(grafite)(grafite)(grafite)(grafite)+2O+2O+2O+2O2222 (g)(g)(g)(g) +2CO+2CO+2CO+2CO2(g)2(g)2(g)2(g)���� 2CO2CO2CO2CO2(g)2(g)2(g)2(g)+2CO+2CO+2CO+2CO(g)(g)(g)(g)+O+O+O+O2222 (g) (g) (g) (g)

∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHH11111111= = = = = = = = --------393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =393,5 x 2 =--------787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ787,0 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHH22222222= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ= +566,0 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= --------221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ221,0 kJ

EsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempio: : : : : : : : sonosonosonosonosonosonosonosono notinotinotinotinotinotinotinoti i i i i i i i i ∆∆∆∆∆∆∆∆H per le H per le H per le H per le H per le H per le H per le H per le seguentiseguentiseguentiseguentiseguentiseguentiseguentiseguenti reazionireazionireazionireazionireazionireazionireazionireazioni::::::::

S(sS(sS(sS(sS(sS(sS(sS(s) + O) + O) + O) + O) + O) + O) + O) + O22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)�������� SOSOSOSOSOSOSOSO22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= --------297 kJ 297 kJ 297 kJ 297 kJ 297 kJ 297 kJ 297 kJ 297 kJ (A)(A)(A)(A)(A)(A)(A)(A)

2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO33333333(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g) �������� 2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO22222222(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O(g) + O22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ H= +198 kJ (B)(B)(B)(B)(B)(B)(B)(B)

DeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminare ilililililililil ∆∆∆∆∆∆∆∆H H delladelladelladelladelladelladelladella reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione

2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O2S(s) + 3O22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)�������� 2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO33333333(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g) ∆∆∆∆∆∆∆∆H= ? H= ? H= ? H= ? H= ? H= ? H= ? H= ? (C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)

SiSiSiSiSiSiSiSi puòpuòpuòpuòpuòpuòpuòpuò osservareosservareosservareosservareosservareosservareosservareosservare chechechechechechecheche occorreoccorreoccorreoccorreoccorreoccorreoccorreoccorre invertireinvertireinvertireinvertireinvertireinvertireinvertireinvertire la la la la la la la la reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione B (B (B (B (B (B (B (B (ciociociociociociociocioèèèèèèèè moltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarlamoltiplicarla per per per per per per per per --------1) e 1) e 1) e 1) e 1) e 1) e 1) e 1) e sommarlasommarlasommarlasommarlasommarlasommarlasommarlasommarla allaallaallaallaallaallaallaalla reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione A A A A A A A A moltiplicatamoltiplicatamoltiplicatamoltiplicatamoltiplicatamoltiplicatamoltiplicatamoltiplicata per due:per due:per due:per due:per due:per due:per due:per due:

2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O2S(s) + 2O22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)�������� 2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO22222222(g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g)

2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO22222222(g) +O(g) +O(g) +O(g) +O(g) +O(g) +O(g) +O(g) +O22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)�������� 2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO33333333(g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g)

2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O2S(s)+3O22222222(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO22222222(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)(g)�������� 2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO2SO22222222(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO(g)+2SO33333333(g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g)

∆∆∆∆∆∆∆∆H= (H= (H= (H= (H= (H= (H= (H= (--------297)x2= 297)x2= 297)x2= 297)x2= 297)x2= 297)x2= 297)x2= 297)x2= --------594 kJ 594 kJ 594 kJ 594 kJ 594 kJ 594 kJ 594 kJ 594 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(H= (+198)x(--------1)= 1)= 1)= 1)= 1)= 1)= 1)= 1)= --------198 kJ 198 kJ 198 kJ 198 kJ 198 kJ 198 kJ 198 kJ 198 kJ

∆∆∆∆∆∆∆∆H= H= H= H= H= H= H= H= --------594594594594594594594594--------198 = 198 = 198 = 198 = 198 = 198 = 198 = 198 = --------792 kJ 792 kJ 792 kJ 792 kJ 792 kJ 792 kJ 792 kJ 792 kJ

StatoStatoStatoStatoStatoStatoStatoStato standardstandardstandardstandardstandardstandardstandardstandard

PoichPoichPoichPoichPoichPoichPoichPoichèèèèèèèè le le le le le le le le variazionivariazionivariazionivariazionivariazionivariazionivariazionivariazioni didididididididi entalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpia dipendonodipendonodipendonodipendonodipendonodipendonodipendonodipendono dalledalledalledalledalledalledalledalle condizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizioni didididididididi P e T P e T P e T P e T P e T P e T P e T P e T delladelladelladelladelladelladelladellareazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione èèèèèèèè convenienteconvenienteconvenienteconvenienteconvenienteconvenienteconvenienteconveniente riferirsiriferirsiriferirsiriferirsiriferirsiriferirsiriferirsiriferirsi a determinate a determinate a determinate a determinate a determinate a determinate a determinate a determinate condizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizionicondizioni........Lo Lo Lo Lo Lo Lo Lo Lo statostatostatostatostatostatostatostato standard standard standard standard standard standard standard standard didididididididi unaunaunaunaunaunaunauna sostanzasostanzasostanzasostanzasostanzasostanzasostanzasostanza èèèèèèèè costituitocostituitocostituitocostituitocostituitocostituitocostituitocostituito dalladalladalladalladalladalladalladalla specie specie specie specie specie specie specie specie purapurapurapurapurapurapurapura nellonellonellonellonellonellonellonello statostatostatostatostatostatostatostatopipipipipipipipiùùùùùùùù stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 stabile ad 1 atmatmatmatmatmatmatmatm didididididididi pressionepressionepressionepressionepressionepressionepressionepressione e e e e e e e e temperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperatura specificataspecificataspecificataspecificataspecificataspecificataspecificataspecificata ((((((((didididididididi normanormanormanormanormanormanormanorma2525252525252525°°C).C).C).C).C).C).C).C).

La La condizionecondizione standard standard vieneviene indicataindicata con con l'apicel'apice °°

∆∆HH°°

Ad Ad esempioesempio per per l'acqual'acqua la la reazionereazione termochimicatermochimica didi formazioneformazione èè::

HH22(g) + (g) + ½½ OO22(g)(g) �� HH22O(l) O(l) ∆∆HH°°ff==--285,8 kJ285,8 kJ

LL’’entalpiaentalpia deglidegli elementielementi neinei loroloro statistati standard standard èè zero per zero per definizionedefinizione. .

StatiStatiStatiStatiStatiStatiStatiStati Standard e Standard e Standard e Standard e Standard e Standard e Standard e Standard e ∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHH StandardStandardStandardStandardStandardStandardStandardStandard

• Ad esempio, lo stato standard dell’etanolo a 298 K èetanolo liquido puro a 298 K e 1 bar.

• Lo stato standard del ferro a 500 K è ferro puro solido ad 1 bar.

• Si deve considerare la fase più stabile.

• Una variazione di entalpia standard, è il ∆H di un processo dove sia lo stato iniziale che quello finale sono stati standard.

∆∆tipotipoHH°°

Reagenti e Reagenti e prodotti in stati prodotti in stati standard: 1 bar standard: 1 bar

e 25 e 25 °°CC

Tipo di Tipo di ProcessoProcesso

EntalpieEntalpieEntalpieEntalpieEntalpieEntalpieEntalpieEntalpie standard standard standard standard standard standard standard standard didididididididi formazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazione

Se, Se, Se, Se, Se, Se, Se, Se, partendopartendopartendopartendopartendopartendopartendopartendo daglidaglidaglidaglidaglidaglidaglidagli elementielementielementielementielementielementielementielementi nelnelnelnelnelnelnelnel loroloroloroloroloroloroloroloro statostatostatostatostatostatostatostato standard, standard, standard, standard, standard, standard, standard, standard, sisisisisisisisi misuramisuramisuramisuramisuramisuramisuramisura la la la la la la la la quantitquantitquantitquantitquantitquantitquantitquantitààààààààdidididididididi calorecalorecalorecalorecalorecalorecalorecalore associataassociataassociataassociataassociataassociataassociataassociata allaallaallaallaallaallaallaalla formazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazione didididididididi un un un un un un un un compostocompostocompostocompostocompostocompostocompostocomposto questaquestaquestaquestaquestaquestaquestaquesta rappresentarappresentarappresentarappresentarappresentarappresentarappresentarappresentallllllll’’’’’’’’entalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpiaentalpia didididididididi formazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazioneformazione standardstandardstandardstandardstandardstandardstandardstandard

∆∆∆∆∆∆∆∆HHHHHHHHffffffff°°

Questi valori ricavati sperimentalmente, sono chiamati “entalpie molari standard di formazione” e si trovano nelle tabelle. Essi corrispondono al calore assorbito o sviluppato nella formazione di una mole di un composto a partire dagli elementi

H

0C+O2

∆Hf°(CO2)

CO2

H2+1/2 O2C+2H2

H2O(l)

CH4∆Hf°(H2O(l))

∆Hf°(CH4)

CH4+2O2 �CO2 + 2H2O

∆H°comb= ∆Hf°(CO2) +2 ∆Hf°(H2O(l)) - ∆Hf°(CH4)

H

0 C+O2+2H2

CH4+O2

CO2+2H2O

∆Hf°(CH4)

∆Hf°(CO2)+2 ∆Hf°(H2O(l))

∆HR°

∆HR°=Σνi∆H°fPRODOTTI- Σνi∆H°fREAGENTI

EsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempioEsempio:::::::: Un Un Un Un Un Un Un Un fiammiferofiammiferofiammiferofiammiferofiammiferofiammiferofiammiferofiammifero dadadadadadadada cucinacucinacucinacucinacucinacucinacucinacucina contienecontienecontienecontienecontienecontienecontienecontiene PPPPPPPP44444444SSSSSSSS33333333. . . . . . . . DeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminareDeterminare ilililililililil calorecalorecalorecalorecalorecalorecalorecaloresviluppatosviluppatosviluppatosviluppatosviluppatosviluppatosviluppatosviluppato dalladalladalladalladalladalladalladalla reazionereazionereazionereazionereazionereazionereazionereazione didididididididi combustionecombustionecombustionecombustionecombustionecombustionecombustionecombustione didididididididi unaunaunaunaunaunaunauna mole mole mole mole mole mole mole mole didididididididi PPPPPPPP44444444SSSSSSSS33333333

PPPPPPPP44444444SSSSSSSS33333333(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O(s) + 8 O22222222(g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) �������� PPPPPPPP44444444OOOOOOOO1010101010101010(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO(s) + 3 SO22222222(g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g)

SonoSonoSonoSonoSonoSonoSonoSono notinotinotinotinotinotinotinoti::::::::

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Per la Per la specificaspecifica reazionereazione::

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Per Per Per Per Per Per Per Per risolvererisolvererisolvererisolvererisolvererisolvererisolvererisolvere ilililililililil problemaproblemaproblemaproblemaproblemaproblemaproblemaproblema applichiamoapplichiamoapplichiamoapplichiamoapplichiamoapplichiamoapplichiamoapplichiamo la la la la la la la la relazionerelazionerelazionerelazionerelazionerelazionerelazionerelazione: : : : : : : :

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SostituiamoSostituiamoSostituiamoSostituiamoSostituiamoSostituiamoSostituiamoSostituiamo i i i i i i i i valorivalorivalorivalorivalorivalorivalorivalori notinotinotinotinotinotinotinoti::::::::

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