Termochimica

Termochimica
Parte della chimica che si occupa della relazione tra calore e reazioni
chimiche
Le reazioni in genere sono accompagnate da assorbimento o sviluppo
Di calore
CH4 + O2 CO2 + 2H2O (combustione)
C + O2 CO2 + 393 KJ
CALORE MOLARE:sviluppato per una mole di C
Il calore di reazione varia in funzione delle condizioni di pressione e
temperatura.
Pertanto si sono scelte delle condizioni standard per tabulare i valori
dei calori di reazione (1 atm-25°C)
Il fatto che le reazioni possano avvenire con emissione o
assorbimento di calore porta ad ammettere che ogni sostanza
abbia un proprio contenuto termico.
Questo contenuto termico viene definito ENTALPIA (H)
La termodinamica dimostra che a P costante, la quantità di calore
che viene assorbita o ceduta dal sistema è pari alla variazione di
entalpia (∆H)
∆H = contenuto termico dei prodotti – contenuto termico dei
reangenti
∆H > 0 reazione endotermica (avviene con assorbimento di
calore)
∆H < 0 reazione esotermica (avviene con cessione di calore)
Funzioni di stato
Stato di un sistema: caratterizzato da diversi valori che assumono diverse
grandezze(pressione, volume, temperatura, contenuto termico, …)
Un sistema può cambiare da uno stato ad un altro e cambieranno i valori
che lo caratterizzano. Le grandezze il cui valore dipende solo dallo stato
del sistema e non dal modo con cui avviene il passaggio da uno stato ad un
altro si chiamano FUNZIONI DI STATO.
H entalpia
S entropia
G energia libera
Legge di Hess
La quantità di calore che accompagna una data reazione chimica è la stessa,
sia che la reazione avvenga in un solo stadio sia che avvenga in più stadi
L’entropia S è una grandezza termodinamica che misura il
grado di disordine (o della casualità) di un sistema.
Tale grandezza è una funzione di stato per cui per un dato
processo è possibile definire univocamente una variazione di
entropia
∆S = Sf-Si
La variazione di entropia per alcuni processi è
qualitativamente intuitiva: ad esempio per un processo di
fusione ∆S>0 poiché il grado di disordine aumenta
Ad esempio per la fusione di 1 mole di H2O si ha DS(mol)= 22 J/K
Le unità dell’entropia sono joule/°K
ENERGIA LIBERA
L’energia libera è una grandezza termodinamica definita
come
G = H –TS
Poiché H, S e T sono funzioni di stato anche G è
funzione di stato e per un dato processo è possibile
definire univocamente la variazione ∆G.
La sua utilità deriva dal fatto che essa fornisce un
criterio per stabilire la spontaneità di una reazione
chimica a T e P costanti.
In queste condizioni si ha per il ∆G della reazione
∆G = ∆H – T∆
∆S
Per una reazione a T, P costanti si ha:
∆G < 0 reazione spontanea
∆G = 0 reazione all’equilibrio
∆G > 0 reazione spontanea nel senso inverso
Si noti che ∆G è costituito da due contributi, uno
energetico ∆H ed uno entropico T∆S
Variazione di Keq con la temperatura
Reazioni endotermiche (il calore è un “reagente”)
Aumentando la T, l’equilibrio si sposta verso destra
(K aumenta)
Reazioni esotermiche (il calore è un “prodotto”)
Aumentando la T, l’equilibrio si sposta verso sinistra
(K diminuisce)
Cinetica chimica
La termodinamica non ci dice la velocità con una certa reazione
avviene; una reazione che termodinamicamente è possibile, può
richiedere anni per avvenire.
Affinchè una reazione avvenga, i reagenti si devono urtare
(incontrarsi)
L’urto deve essere efficace, si devono rompere i legami dei reagenti
Per un reazione A B
v= K[A]m
m= ordine reazione
Catalizzatori: variano la veloci di reazione ( abbassano l’energia di
attivazione)