I gas
I gas
Gas, liquidi, solidi
Equazione di stato dei gas perfetti
PV= nRT
P= pressione
V= volume
n= numero moli
R è una costante
T = temperatura
Pressione
P= Forza/ superficie
Nel sistema SI si misura in Pascal (Pa) e corrisponde a una forza di 1 N per m2.
Altre grandezze sono l’atmosfera, atm che corrisponde alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm a 0° C
Relazioni tra unità di pressione
Atm Pa Torr baria bar
Atm 1 101325 760 1,013.106 1,013
Pa 9,87.10-6 1 7,5.10-3 10 10-5
Torr 1,31.10-3 133,322 1 1,33.103 1,33.10-3
baria 9,87.10-7 10-1 7,50.10-4 1 10-6
Bar 0,987 105 750 106 1
R, la costante dei gas
R= 8,2053.10-2 dm3 atm mol-1 K-1
R= 8,3145 J mol-1 K-1
Temperatura
Teoria cinetica dei gas
T e energia cinetica
Ecin=3 RT
2 NA
k= R/NA costante di Boltmann
k= 1,3806505. 10-23 JK-1
Distribuzione delle energie cinetiche
Termodinamica chimica
Sisitemi e funzioni di stato
• Sistema = l’oggetto dell’indagine• Intorno = tutto il resto• Sistema aperto scambia materia ed energia con
il suo intorno• Sistema chiuso scambia solo energia• Sistema isolato non scambia nulla• Stato di un sistema è definito dai valori delle
grandezze chimico-fisiche• Trasformazioni isobare, isocore, isoterme,
adiabatiche
Lavoro e calore
• Lavoro e calore sono forme di energia
• 1 kcal= 4,184 kJ
Energia interna e primo principio della termodinamica
• Energia interna U è la somma di tutte le forme di energia possedute da ogni singolo componente del sistema
• U è una funzione di stato (le sue variazioni dipendono dallo stato iniziale e finale e non dal percorso)
U = q – w dove q è il calore assorbito dal sistema w il lavoro compiuto dal sistema
• Per trasformazioni isobare si introduce la funzione entalpia. H= U+pV la cui variazione dà il calore della trasformazione
• Trasf. Esoentalpica H < 0 emette calore• Trasf. Endoentalpica H > 0 assorbe calore
Calori di reazione
H2(g)+ ½ O2(g)→ H2O(l)
H0= -68,32 kcal mol-1
C(s)+ O2(g)→ CO2(g) H0=-94,17 kcal mol-1
CH4(g)+ 2O2(g)→ CO2(g)+ H2O(g)
H0=-212.19 kcal mol-1
Entalpia standard di reazione
• Condizioni standard: T= 25°C, p= 1 atm
• Sostanze solide (c ): nella forma cristallina stabile
• Sostanze liquide (l): liquido puro
• Sostanze gassose (g). p parziale 1 atm
• Sostanze in soluzione: conc. Molare = 1
Spontaneità delle trasformazioni
• Un gas a T costante si espande
• Calore fluisce spontaneamente dalle zone calde alle zone fredde
• Cellulosa brucia formando acqua e diossido di carbonio
Degrado dell’energia
• Il trasferimento di calore avviene attraverso un trasferimento di moto casuale
• Il trasferimento di energia mediante lavoro avviene attraverso un moto organizzato
Biglia che cade
• Spontaneamente cade e trasforma la sua energia potenziale eccitando gli atomi della lastra su cui cade
• Per risalire tutti gli atomi dovrebbero spontaneamente vibrare verso l’alto
• In una trasformazione concorrono due fattori, il calore e la variazione di ordine
Entropia
• In una trasformazione l’entropia varia in modo proporzionale al calore assorbito dal sistema e inversamente proporzionale alla temperatura, S= q/T
• Nella definizione di Boltzmann è una misura del disordine a livello molecolare S= k ln(W) dove k è la costante di Boltzmann e W è il numero di microstati di un sistema
Entropia di solidi, liquidi, gas
Energia libera
• G= H – TS
• Una trasformazione isoterma è data da G= H- TS
• Spontanea se G < 0