Fattori che governano le trasformazioni chimiche - appunti (nani)

Materie:Appunti
Categoria:Chimica

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Testo

I FATTORI CHE GOVERNANO LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE
SCAMBI DI ENERGIA NELLE REAZIONI CHIMICHE
• Le reazioni chimiche sono sempre accompagnate da scambi di energia con l'ambiente esterno
• Si definisce calore di reazione Q la quantità di calore che si deve fornire o sottrarre a un sistema nel corso di una reazione, affinché i prodotti di reazione si trovino alla stessa temperatura alla quale si trovavano inizialmente i reagenti
• Da un punto di vista energetico le reazioni si dividono in:
1) esotermiche ==> viene ceduta energia all'ambiente esterno
2) endotermica ==> per avvenire hanno bisogno che gli venga fornita energia dall'esterno
R P
E E
P R
Reazione esotermica Reazione endotermica
• L'equazione chimica sottostà, oltre alla legge di conservazione della massa, anche a quella della conservazione dell'energia
• Il valore numerico del calore di reazione Q che compare in un'equazione chimica è preceduto da:
• segno positivo (+) se la reazione è esotermica
• segno negativo (-) se la reazione è endotermica
• La tonalità termica di una reazione è sempre la stessa, qualunque siano gli stati intermedi attraverso i quali passa il sistema (legge di Hess)
ESEMPI
1) Reazione esotermica ==> respirazione cellulare (nei mitocondri)
C6H12O6 (glucosio) + O2 ==> CO2 + H2O + E(ATP)
2) Reazione endotermica ==> fotosintesi clorofilliana (nei cloroplasti)
CO2 + H2O +E ==> C6H12O6 + O2
• Anche quando si scioglie una sostanza in un solvente si possono verificare scambi di energia con l'ambiente esterno. Si definisce calore di soluzione il calore assorbito o sviluppato nel processo di soluzione, riferito a una mole di soluto

SPONTANEITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
• Spontaneo è un fenomeno che per avvenire non ha bisogno di ricevere energia dall'esterno. Esempi sono la caduta dell'acqua dalle cascate, il passaggio di calore, la formazione della ruggine…
• I processi che si verificano spontaneamente in una direzione non possono verificarsi spontaneamente nella direzione opposta
• Nelle trasformazioni chimiche spontanee le sostanze che si trovano in condizioni di instabilità, da un punto di vista energetico, tendono a trasformarsi per raggiungere una condizione di stabilità
• Quando si parla di una reazione spontanea non è importante la velocità con cui avviene una reazione, ma il fatto che, a partire da determinati reagenti, si arrivi a determinati prodotti di reazione
• I fattori che determinano la spontaneità di una reazione sono due:
1) fattore energetico ==> connesso alla diminuzione del contenuto di energia dei prodotti di reazione rispetto a quello dei reagenti (favorite le reazioni esotermiche)
2) fattore probabilistico ==> è più favorevole il disordine rispetto all'ordine
ORDINE, DISORDINE E STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
• In un sistema costituito da oggetti differenti è molto più probabile realizzare uno stato disordinato anziché uno stato ordinato; tale probabilità aumenta con l'aumentare del numero degli oggetti che compongono il sistema
• I tre stati di aggregazione della materia sono caratterizzati da un differente grado di disordine:
• solidi ==> le particelle occupano posizioni ben definite; essi rappresentano dei sistemi altamente ordinati
• aeriformi ==> le particelle si muovono liberamente e si scontrano; il moto che ne risulta è estremamente irregolare; essi rappresentano un sistema completamente disordinato
• liquidi ==> rappresentano una situazione di disordine intermedia fra quelle caratteristiche dello stato solido e dello stato aeriforme
• Il passaggio della materia da uno stato all'altro è sempre accompagnato dal passaggio da uno stato di ordine ad uno stato più disordinato
• Nelle reazioni endotermiche il grado di disordine del sistema aumenta, mentre quello dell'ambiente esterno diminuisce. Nelle reazioni esotermiche avviene il contrario
ORDINE, DISORDINE E REAZIONI CHIMICHE
• In una reazione le sostanze si trasformano in sostanze differenti
• Ogni molecola è caratterizzata da un certo grado di ordine, perché nella sua struttura gli atomi occupano posizioni ben definite
• Ciascun stato di aggregazione è a sua volta caratterizzato da un suo particolare grado di ordine

VARIAZIONE DEL GRADO DI ORDINE-DISORDINE RELATIVO ALLA STRUTTURA DELLE MOLECOLE
• Sia i reagenti che i prodotti sono allo stato aeriforme, perché così c'è solo una variazione del numero di molecole
• Se in una reazione chimica le molecole dei prodotti sono di più di quelle dei reagenti (quelle dei reagenti si scindono e si formano delle molecole più piccole), aumenta il disordine complessivo del sistema

il fattore probabilistico è favorevole alla reazione
• Nella reazioni in cui il numero delle molecole diminuisce (delle molecole piccole si uniscono per formarne di più grandi), diminuisce il disordine
d
il fattore probabilistico è sfavorevole alla reazione
VARIAZIONE DEL GRADO DI ORDINE-DISORDINE RELATIVO AL CAMBIAMENTI DELLO STATO FISICO, NEL PASSAGGIO DAI REAGENTI AI PRODOTTI
• Se nel corso di una reazione, a partire da reagenti allo stato solido oppure liquido, si formano prodotti allo stato aeriforme, il grado di disordine del sistema aumenta
• Secondo il criterio del massimo disordine, una reazione è favorevole quando, nel passaggio dai reagenti ai prodotti, il disordine aumenta (quando aumenta il numero delle molecole allo stato gassoso)
• Quando il numero delle molecole allo stato gassoso non cambia, il fattore probabilistico ha scarsa importanza, mentre è prevalente il fattore energetico
IL GOVERNO DELLE REAZIONI CHIMICHE
1) R. ESO; DIS > 0 ==> entrambi i fattori favorevoli

reazione spontanea
Esempio: 4C3H5(NO3)3(l) (nitroglicerina) ==> 12CO2(g) + 10H2O(g) + 6N2(g) + O2(g) + Q
2) R. ENDO; DIS < 0 ==> entrambi i fattori sfavorevoli

reazione non spontanea, ma fattibile
Esempio: CO(g) ==> 1/2O2(g) + C(s) - Q
3) R. ESO; DIS < 0 ==> il fattore energetico è favorevole, il fattore probabilistico è sfavorevole

• reazione spontanea, se la quantità di energia che si libera nella reazione è molto elevata, tanto che il fattore probabilistico diventa irrilevante
• se la quantità di energia sprigionata non è così rilevante, il fattore energetico e probabilistico sono in competizione. La reazione in questo caso è spontanea se avviene a temperatura ambiente (25°Cca)
Esempio: 2H2(g) + O2(g) ==> 2H2O(l) + Q
4) R. ENDO; DIS > 0 ==> il fattore energetico è sfavorevole, il fattore probabilistico è favorevole

• reazione spontanea solo se avviene a temperature elevate, dove il fattore probabilistico prevale su quello energetico
• nel caso che non si sia a temperature elevate, la reazione avviene solo se si somministra energia
Esempio: 2H2O(l) ==> 2H2(g) + O2(g) - Q

Esempio