6. La Termochimica
• Energia, Calore
- processi esotermici ed endotermici
• Entalpia
- i passaggi di stato
- l’entalpia di reazione e l’entalpia di reazione standard
- la legge di Hess
• Entalpia Standard di Combustione
• Entalpia Standard di Reazione
• Esercizi
Energia - Calore
ambiente
sistema
Def. Definiamo ENERGIA la capacità di compiere un lavoro o fornire
calore.
TERMOCHIMICA
LEGGE DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
L’energia non si crea, né si distrugge, ma può essere convertita da una
forma all’altra e/o trasferita di luogo in luogo.
ambiente
energia
energia
sistema
energia
universo
GRANDEZZA ESTENSIVA
dipende dalle dimensioni
del sistema. ENERGIA
GRANDEZZA INTENSIVA
non dipende dalle dimensioni
del sistema. TEMPERATURA
Processi Esotermici ed Endotermici
Def. Le REAZIONI ESOTERMICHE sono accompagnate da liberazione di
calore dal sistema.
Def. Le REAZIONI ENDOTERMICHE sono accompagnate da assorbimento
di calore dal sistema.
ENERGIA
(CALORE)
CALORIA, cal
JOULE, J
1 cal = 4.184 J
calore specifico
capacità termica
massa
estensiva
intensiva
temperatura
dopo
Calore
prima
dopo
prima
Calore
temperatura
Def. Si definisce CAPACITÀ TERMICA la quantità di calore necessaria per
innalzare di 1 °C la temperatura di un determinato oggetto.
calore scambiato
J C1
capacità termica
incremento di T
L’Entalpia
Def. ENTALPIA, H. È il calore che il sistema libera o assorbe a pressione
costante.
entalpia
208 kJ
100 kJ
energia
come
calore
entalpia
100 kJ
entalpia
energia
come
calore
entalpia
208 kJ
L’Entalpia è una GRANDEZZA DI STATO
IL VALORE DELLE GRANDEZZE DI STATO DIPENDE DALLO STATO DEL
SISTEMA, MA NON DAL MODO IN CUI TALE STATO È RAGGIUNTO.
B
Entalpia
Altitudine
L’Entalpia
A
B
DH
A
DH = Hfin - Hin
calore
calore
DH > 0
DH < 0
I Passaggi di Stato
FUSIONE
SOLIDO
LIQUIDO
SOLIDIFICAZIONE
FA>FT, hanno
volume e forma
propri
FAFT, hanno volume
proprio, forma del
recipiente
SUBLIMAZIONE
VAPORIZZAZIONE
BRINAMENTO
CONDENSAZIONE
VAPORE E
GAS
FA<FT, non hanno né
volume né forma propri
I Passaggi di Stato
SOLIDIFICAZIONE
SOLIDO
LIQUIDO
FUSIONE
SUBLIMAZIONE
ENTALPIA DI
SUBLIMAZIONE
DHsubl = DHfus + DHvap
DHsubl = +46.7 kJ
ENTALPIA DI
FUSIONE
DHfus = Hliq - Hsolido
DHfus = +6.0 kJ
BRINAMENTO
CONDENSAZIONE
VAPORE E
GAS
VAPORIZZAZIONE
ENTALPIA DI
VAPORIZZAZIONE
DHvap = Hvap - Hliq
DHvap = +40.7 kJ
DH(processo inverso) = -DH(processo diretto)
I Passaggi di Stato
L’Entalpia di Reazione
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H2O(l)
CH4(g)
calore
2O2(g)
890 kJ
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H2O(l) DH 890 kJ
EQUAZIONE
TERMOCHIMICA
Def. Definiamo ENTALPIA DI REAZIONE la variazione di entalpia che
accompagna una determinata reazione chimica.
2CH 4 (g) 4O 2 (g) 2CO2 (g) 4H2O(l)
DH 1780 kJ
CO2 (g) 2H2O(l) CH4 (g) 2O2 (g) DH 890 kJ
DH(processo inverso) = -DH(processo diretto)
2x
L’Entalpia di Reazione Standard
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H2O(l) DH 890 kJ
CH4 (g) 2O 2 (g) CO2 (g) 2H2O(g) DH 802 kJ
Entalpia
CH4 (g) 2O2 (g)
802 kJ
T = 25°C
890 kJ
DHvap = 44 kJ∙mol-1
CO2 (g) 2H2O(g)
88 kJ
CO2 (g) 2H2O(l)
Def. Chiamiamo STATO STANDARD dei reagenti e dei prodotti quando si
trovano nella loro forma pura alla pressione di 1 atm.
Def. Definiamo ENTALPIA DI REAZIONE STANDARD, DH0, la variazione di
entalpia associata alla reazione dei reagenti nel proprio stato standard,
dai quali si ottengono prodotti nel proprio stato standard.
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H2O(l) DH 890 kJ
0
P = 1 atm
T = 298.15 K
La Legge di Hess
DH(processo inverso) = -DH(processo diretto)
DHsubl = DHfus + DHvap
C6H12O6 (aq) 6O2 (l) 6CO2 (g) 6H2O(l) DH 0 2808kJ
6CO2 (g) 6H2O(l) C6H12O6 (aq) 6O2 (l) DH 0 2808kJ
La LEGGE DI HESS dice che L’ENTALPIA DI REAZIONE COMPLESSIVA È
LA SOMMA DELLE ENTALPIE DI REAZIONE RELATIVE AI SINGOLI STADI
NEI QUALI SI PUÒ SUDDIVIDERE LA REAZIONE, ANCHE SE CIÒ FOSSE
SOLAMENTE TEORICO.
C(s) O2 (g) CO2 (g)
variazione complessiva
Entalpia
reagenti
1
2
3
prodotti
1
C(s) O2 (g) CO(g)
DH 0 110.5 kJ
2
1
CO(g) O2 (g) CO2 (g) DH 0 283.0 kJ
2
C(s) O2 (g) CO2 (g)
DH 0 393.5 kJ
L’Entalpia Standard di Combustione
Def. L’ENTALPIA STANDARD DI COMBUSTIONE, DHc0, è la variazione di
entalpia a mole di sostanza quando questa reagisce completamente con
l’ossigeno in condizioni standard.
C2H5OH(l) 3O2 (g) 2CO2 (g) 3H2O(l)
DHc0 1368 kJ
ESERCIZIO Calcolare la massa di butano necessaria per ottenere 350 kJ,
il calore sufficiente per portare 1L di acqua dalla temperatura ordinaria ad
ebollizione al livello del mare.
C3H8 (g) 5O2 (g) 3CO2 (g) 4H2O(l) DHc0 2220 kJ
Dalle tabelle
Dall’equazione termochimica
1mol C3H8 produce 2220 kJ
Massa Molare(C3H8) = 44.09 g∙mol-1
1 mol C3H8
44.09 g mol1
2220 kJ
6.95 g C3H8
Massa di C3H8 necessaria 350kJ
Def. Si chiama ENTALPIA SPECIFICA la variazione di entalpia riferita ad
1g di combustibile bruciato.
Def. Si chiama DENSITÀ DI ENTALPIA la variazione di entalpia riferita ad
1L di combustibile bruciato.
L’Entalpia Standard di Formazione
Def. L’ENTALPIA STANDARD DI FORMAZIONE, DHf0, è l’entalpia standard
di reazione relativa alla formazione della sostanza dai suoi elementi
considerati nella loro forma più stabile.
4C(s) 6H2 (g) O2 (g) 2C2H5OH(l)
DH 0 553.38 kJ
2 mol
DH f0 277.69 kJ
L’entalpia standard di formazione di un elemento nella sua forma più
stabile è zero.
C(s, grafite) C(s, grafite)
DHf0 0 kJ
L’entalpia standard di formazione di un elemento nella sua forma più
stabile è zero.
C(s, grafite) C(s, diamante)
DHf0 1.9 kJ
Le entalpie standard di formazione si possono combinare per ricavare
l’entalpia standard di una reazione qualsiasi.
0
DH 0 Hfin
Hin0 nDHf0 (prodotti) nDHf0 (reagenti)
L’Entalpia Standard di Formazione
reagenti
Entalpia di
reazione
nDH f0 (prodotti) nDH f0 (reagenti)
2C6H6 (l) 15O2 (g) 12CO2 (g) 6H2O(l)
nD f (prodotti)
Formazione dei prodotti
0
Formazione dei reagenti
Entalpia
prodotti
0
DH 0 H fin
Hin0
(12 mol) DH f0 (CO2 , g) (6 mol) DH f0 (H2O, l)
(12 mol) (393.51 kJ mol1 )
(6 mol) (285.83 kJ mol1 )
6437.10 kJ
elementi
DH 0 (6437.10 kJ) (98.0 kJ)
nD f (reagenti)
0
(2 mol) DH f0 (C6H6 , l) (15 mol) DH f0 (O2 , g)
6535.1 kJ
(2 mol) (49.0 kJ mol1 )
(15 mol) (0 kJ mol1 )
98.0 kJ
DHc0
6535.1kJ
3267.6 kJ mol1
2 mol
Esercizi
