Energia in chimica
Durante le trasformazioni la materia acquista o cede energia.
E’ quindi necessario riferirsi all’energia del sistema in esame per
comprendere le variazioni di energia della materia.
1 2
Ecin = mv
2
E pot ( gravitazio nale ) = mgh
E pot ( elettrosta tica )
E = ∆m ⋅ c
2
Ze
=−
r
L’energia potenziale dell’elettrone
nel campo elettrico generato dal
nucleo
L’energia con cui protoni e neutroni
sono legati al nucleo
Energia in chimica
Queste forme di energia possono essere considerati contributi all’energia
interna complessiva U
Quando una trasformazione non comporta variazione di volume
∆U = Ufinale−Uiniziale= Qv
La variazione di energia interna
corrisponde alla quantità di calore
scambiata dal sistema
Quando una trasformazione comporta variazione di volume a P
costante :
H = U + PV
Si definisce entalpia H del sistema la
somma dell’energia interna + l’energia
meccanica PV
In una trasformazione con variazione di volume o di pressione :
∆H = H finale− Hiniziale= ∆U + P∆V = Qp
∆U = ∆H
Qv = Qp
Energia in chimica
Quando non vi è variazione di
volume
Trasformazioni che avvengono con variazione di volume:
•2H2(g) + O2(g)→2H2O (l)
•CaCO3(s) →CaO(s) + CO2(g)
•H2O(l) →H2O(g)
•I2(s)→I2(g)
Trasformazioni che avvengono senza variazione di volume:
H2(g) + I2(g)→2HI(g)
N2(g) + O2(g)→2NO (g)
Energia in chimica
Pertanto le misure di calore assorbito o ceduto in una
trasformazione sono riconducibili a variazioni di energia interna o
entalpia a seconda che la trasformazione sia avvenuta a volume
oppure a pressione costante, rispettivamente.
TRAFORMAZIONE IN CUI IL SISTEMA ACQUISTA CALORE
DALL’AMBIENTE DI DICE ENDOTERMICA
SISTEMA
Ufinale > Uiniziale ∆U>0
+Q
oppure
Hfinale > Hiniziale ∆H>0
Ambiente
Energia in chimica
TRAFORMAZIONE IN CUI IL SISTEMA CEDE CALORE
ALL’AMBIENTE DI DICE ESOTERMICA
SISTEMA
Ufinale < Uiniziale ∆U<0
-Q
oppure
Hfinale < Hiniziale ∆H<0
Ambiente
Energia, temperatura e stati di
aggregazione
Le particelle che costituiscono la materia sono tenute insieme da interazioni
di vario tipo (legame covalente, ionico, metallico, etc….) che legano gli
atomi e le molecole fra di loro.
Gli atomi nella materia sono possiedono una certa energia cinetica media
data da:
E cin
1
= m v2
2
v2
È la media del quadrato delle
velocità di ciascuna particella
Energia, temperatura e stati di
aggregazione
L’energia cinetica media traslazionale per un gas è data da:
E cin
3
= KT
2
K costante di Boltzman = 1,38065 J/K
Quando l’energia di attrazione fra le particelle è maggiore della loro
energia cinetica media traslazionale la materia ci appare allo stato
condensato cioè solido o liquido.
Energia, temperatura e stati di
aggregazione
Legame
Energia
Covalente
100-1000 KJ/mole
Ionico
100-1000 KJ/mole
Metallico
10-1000 KJ/mole
Ad idrogeno
10-40 KJ/mole
Van der Waals
0,1-10 KJ/mole
Poiché l’energia cinetica media
traslazionale di un gas a T
ambiente è pari a 3,7 KJ/mole,
appare chiaro che la materia che ci
circonda è fatta prevalentemente
da sostanze solide o liquide e che
lo stato gassoso è limitato a quelle
sostanze
le
cui
interazioni
molecolari siano di debole intensità.
Allo zero assoluto tutte le
sostanze sono solide
