Principi della Termodinamica

Cos’è la termodinamica e quali sono i suoi principi?

Scopriamolo assieme nelle prossime pagine!

La termodinamica studia lo scambio di energia in reazioni chimiche (esotermiche o endotermiche) e i passaggi di stato.

PRIMO PRINCIPIO

L’ENERGIA PUO’ ESSERE CONVERTITA DA UNA FORMA IN UN’ALTRA, MA NON PUO’ ESSERE NE’ CREATA NE’ DISTRUTTA.

ΔE_sist= Q_V+ L  

Ne deriva che l’energia dell’universo e’ costante: ΔE= ΔEsist+ ΔEamb = 0

• Se il sistema perde energia l’ambiente l’acquista.
• Per scambiare energia con l’ambiente il sistema deve essere chiuso (non isolato).
• I mezzi con cui il sistema scambia energia con l’ambiente sono calore Q (se c’è ΔT fra sistema e ambiente) e lavoro L (espansione o compressione)
• L’energia di un sistema è l’energia interna (E). Calore e lavoro esistono solo durante lo scambio.

SCAMBIO DI CALORE A VOLUME COSTANTE (ΔV = 0)

Dato che L = PΔV e ΔV = 0 non viene fatto lavoro.

Il primo principio a volume costante diventa:

ΔE_sist= Q

Tutta l’energia fornita sotto forma di calore va ad aumentare l’energia interna del sistema. Il calore scambiato a volume costante coincide con la variazione di energia del sistema.

SCAMBIO DI CALORE A PRESSIONE COSTANTE (ΔP = 0)

Dato che L = PΔV ≠ 0, viene compiuto lavoro

Sapendo che L = -PΔV  (il segno meno viene messo per convenzione) si ha:

• Espansione se ΔV=V2–V1 > 0. Dunque L= PΔV = -L, cioè il sistema fa lavoro sull’ambiente.
• Compressione se ΔV=V2–V1 < 0. Dunque L=-PΔV = L, cioè l’ambiente fa lavoro sul sistema.

Il primo principio a pressione costante diventa:

ΔE_sist = Q-PΔV

Ne deriva che:

Q = ΔE + PΔV = (E2–E1) + P(V2–V1) = (E2+ PV2) –(E1+ PV1)

Ponendo E + PV = H = entalpia si ha:

Q = H2–H1= ΔH = calore scambiato a pressione costante

Il calore scambiato a pressione costante coincide con la variazione di entalpia.

ΔH>0, il sistema assorbe calore (Reazione endodermica)                     

ΔH<0, il sistema cede calore (Reazione esotermica)

SECONDO PRINCIPIO

LA MATERIA TENDE A DIVENTARE PIU’ DISORDINATA (NEL SISTEMA) E L’ENERGIA TENDE A DISPERDERSI SU UN MAGGIOR NUMERO DI PARTICELLE (NELL’AMBIENTE).

Una trasformazione avviene spontaneamente verso una situazione finale in cui è maggiore il disordine. Lo stato di disordine è il più probabile.

Lo stato iniziale evolve verso lo stato finale solo se la variazione di entropia dell’universo è maggiore di 0

Per capire se un processo è spontaneo bisogna capire se la situazione finale è più probabile della condizione finale.

TERZO PRINCIPIO

Ogni sistema ha un suo contenuto di disordine (detto ENTROPIA)

UN CRISTALLO PERFETTO ALLO ZERO ASSOLUTO HA ENTROPIA S UGUALE A ZERO

Ogni specie chimica ha un’entropia finita e positiva, funzione crescente della temperatura. Aumentando T aumenta l’agitazione termica (moti rotazionali, traslazionali, vibrazionali) quindi aumenta il n° di microstati, aumenta S e il campione si disordina.

I PROCESSI DISORDINANTI sono trasformazioni che portano ad un aumento di entropia del sistema (ΔS sistema> 0)

Esempi di processi disordinanti sono:

• Tutte le trasformazioni in cui le moli di gas aumentano passando da reagenti a prodotti
• I processi di fusione, evaporazione e sublimazione

I PROCESSI ORDINANTI sono trasformazioni che portano ad una diminuzione di entropia del sistema (ΔS sistema < 0)

Esempi di processi ordinanti sono:

• Tutte le trasformazioni in cui le moli di gas diminuiscono passando da reagenti a prodotti.

Questa era la termodinamica;)
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