Termodinamica chimica

Materie:	Appunti
Categoria:	Chimica
Download:	167
Data:	16.01.2001
Numero di pagine:	4
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

Capitolo 4
TERMODINAMICA CHIMICA
4.1 SISTEMI, STATI E FUNZIONI DI STATO.
Nell’eseguire un’esperienza si sceglie la parte dell’universo che interessa e si cerca di isolarla da qualunque perturbazione non controllata. Tale oggetto, di cui si vogliono studiare le proprietа, и chiamato sistema.
Tutte le altre parti dell’universo, le cui proprietа non siano di immediato interesse, sono chiamate ambiente esterno.
L’insieme delle proprietа che caratterizzano un sistema, ne definiscono lo stato.
Se le proprietа che definiscono lo stato di un sistema non tendono a cambiare nel tempo finchй il sistema sia isolato, cioи non subisca l’azione di fattori esterni, si dice che esso si trova in uno stato di equilibrio.
La termodinamica si occupa degli stati di equilibrio dei sistemi e consente di stabilire con le sue leggi le condizioni di equilibrio, e quindi di prevedere le trasformazioni che debbono avvenire in un sistema perchй tali condizioni vengano raggiunte, indipendentemente dalla velocitа con cui il sistema si evolve verso le condizioni di equilibrio. Quindi il ragionamento termodinamico puт essere usato per stabilire, in linea di principio, se si puт passare da uno stato particolare dei reagenti a qualche stato particolare dei prodotti di reazione, ma esso non stabilisce se tale cambiamento puт verificarsi in un tempo finito. Al contrario la cinetica studia le velocitа con cui avvengono le trasformazioni.
La descrizione dei sistemi termodinamici и fatta riportando i valori di certe entitа chiamate funzioni di stato:
Una funzione di stato и una proprietа di un sistema che ha per ogni stato un certo valore definito e che и indipendente dal modo in cui lo stato viene raggiunto.
In altre parole ciascuna funzione di stato deve assumere un unico determinato valore per ogni particolare stato, essendo impossibile, in base alle definizioni date, realizzare lo stesso stato in modi diversi che corrispondano a proprietа differenti e, quindi, a differenti valori delle funzioni di stato.
Pressione, temperatura e volume molare sono, per esempio, funzioni di stato ed assumono determinati valori per ogni stato: и infatti impossibile pensare di poter cambiare il valori di una di queste funzioni senza alterare le proprietа del sistema, e quindi il suo stato.
Alcune funzioni di stato, come temperatura e pressione, sono grandezze intensive, indipendenti, cioи, dalla quantitа di materia che costituisce il sistema; altre, come volume, energia interna, etc..., sono grandezze estensive, che dipendono cioи anche dalla estensione del sistema. Per queste ultime grandezze и spesso utile fare riferimento ad una quantitа ben determinata del sistema in esame, per esempio una mole, in modo da renderci indipendenti dalla estensione totale del sistema.
Le funzioni di stato hanno due importantissime proprietа:
1. Assegnando dei valori ad alcune funzioni di stato (di solito due o tre) si stabiliscono automaticamente i valori di tutte le altre, cioи le funzioni di stato di un sistema non sono tutte indipendenti, ma esistono tra di esse relazioni dette equazioni di stato.
2. Se si muta lo stato di un sistema, le variazioni delle funzioni di stato dipendono soltanto dagli stati iniziale e finale del sistema, e non dal modo in cui tale cambiamento si compie.
Pertanto le funzioni di stato sono importanti in termodinamica poichй essa tratta soltanto degli stati di equilibrio, e non di come si verifica una variazione di stato.
4.2 I PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA.
Ad ogni sistema termodinamico in un determinato stato corrisponde un contenuto di energia interna E, che и una funzione di stato. L’energia interna di un sistema risulta costituita dalle energie cinetiche delle sue molecole, dall’energia potenziale dipendente dalle forze intermolecolari e dalle energie cinetiche e potenziali degli elettroni e dei nuclei intramolecolari.
Per un insieme di particelle E и la somma dell’energia cinetica EC e dell’energia potenziale EP di tali particelle.
L’energia cinetica и dovuta al movimento delle particelle che puт essere traslazionale e/o rotazionale e/o vibrazionale. Essa и proporzionale alla temperatura assoluta T
L’energia potenziale и dovuta alle interazioni attrattive e repulsive fra le cariche presenti nelle particelle. Essa и funzione della distanza.
Esistono due modi in cui un sistema puт subire variazioni di energia interna:
1. nell’assorbire o cedere calore;
2. nel compiere lavoro o nell’essere sottoposto a lavoro.
Il primo principio della termodinamica.
L’energia dell’universo и costante e non subisce variazioni in seguito a trasformazioni fisiche o chimiche di sistemi.
Tale principio non и altro che la legge della conservazione dell’energia e puт essere espresso matematicamente mediante la seguente equazione:

dove dE rappresenta la variazione di energia interna del sistema in esame, q и il calore assorbito dal sistema, e quindi contribuisce a farne aumentare l’energia interna E, e L rappresenta il lavoro compiuto dal sistema, e quindi contribuisce a far diminuire E.
E и una funzione di stato, mentre q ed L non lo sono: la variazione dell’energia interna E di un sistema tra due stati и dunque univocamente determinata dai due stati, ma essa puт essere ripartita in modo diverso tra q e -L, secondo il modo in cui la trasformazione viene fatta avvenire. Pertanto l’equazione scritta rappresenta effettivamente il principio della conservazione dell’energia, perchй se un sistema assorbe una quantitа di calore q, e la sua energia interna aumenta di lE