Top Banner
1 © 2009 Brooks/Cole - Cengage Energia e reazioni chimiche Bressanini – Termodinamica chimica; Kotz - Chimica Lezione 6 Rif.: Ebbing Gammon, General Chemistry McGraw-Hill 2009
57

Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

Mar 01, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

1

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia e reazioni chimiche

Bressanini – Termodinamica chimica; Kotz - Chimica

Lezione 6

Rif.: Ebbing Gammon, General Chemistry McGraw-Hill 2009

Page 2: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

2

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Termodinamica La scienza che studia le relazioni tra calore e le altre forme di energia

Termochimica È un’area della termodinamica che studia la conversione dell’energia chimica in energia termica, e viceversa.

Page 3: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

3

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia  e  Calore  

-ENERGIA è la capacità di compiere lavoro o trasferire calore.

Cinetica

Potenziale

-CALORE è la forma di energia che fluisce fra due oggetti o sistemi a causa della loro differenza di temperatura.

-La TEMPERATURA è una misura della energia termica di un sistema.

Temperatura = Energia Termica

Alcune definizioni:

Page 4: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

4

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia  Cine,ca  e  Potenziale  

L’Energia  cine,ca  e’  dovuta  al  moto  di  un  corpo  

2mv21E =

L’Energia  potenziale  e’ dovuta  alla  posizione  di  un  corpo  in  un  campo  di  forze  

mghE =• L’energia gravitazionale

• L’energia potenziale chimica

• L’energia elettrostatica

translate

rotate

vibrate

H2O

Moti delle molecole

Page 5: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

5

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia Potenziale Epotenziale deriva da:

•  interazione fra nuclei ed elettroni

•  interazioni (intra- e intermolecolari) delle particelle •  energie relative ai moti rotazionali e vibrazionali •  energia elettrostatica: l’energia inerente le interazioni di

particelle cariche.

Dipende dalla carica delle particelle e dalla loro distanza: »  (Q = carica e d = distanza) »  + Eel: repulsiva »  − Eel: attrattiva

Page 6: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

6

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia elettrostatica

Page 7: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

7

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Legge della Conservazione dell’Energia •  L’energia può essere convertita da una forma ad

un’altra: elettromagnetica, meccanica, elettrica, o chimica, ma non può essere creata o distrutta.

Page 8: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

8

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Unità di Misura dell’Energia

•  L’unità di misura nel sistema SI è il Joule. [1.00 kg m2/s2 = 1.00 Joule (J)]

•  In Chimica si usano anche le calorie:

1 cal = 4.184 J

Una  caloria  è  definita  come  la  quan,tà  di  calore  necessaria  per  innalzare  1  grammo  di  acqua  pura  di  1  °C,  (da 14,5 a 15,5 °C).  Una  Caloria,  con  la  C  maiuscola,  di  solito  si  usa  per  indicare  il  contenuto  energe,co  dei  cibi.  E’  in  realtà  una  kilocaloria:  

1  Caloria  =  1  kilocaloria  =  1000  cal    

Page 9: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

9

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Lavoro

Lavoro  e’  una  forma  di  energia  che  si  può  esprimere  come    una  forza  che  agisce  per  una  distanza  

xFw Δ=

Page 10: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

10

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Lavoro pressione-volume Una reazione chimica può produrre lavoro.

•  Lavoro derivato dall’espansione o dalla compressione di un gas che origina una variazione di volume.

ΔV = Vfinale – Viniziale

w = P x ΔV

Analisi dimensionale: w = (F/L2) x L3 = F x L

Per convenzione quando un sistema si espande contro una pressione esterna costante pex, il lavoro fatto dal sistema e’ –pex ΔV.

Page 11: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

11

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Espansione  di  un  Gas  nel  Vuoto  

•  Consideriamo un gas che si espande nel vuoto.

n  Nel vuoto pex = 0 quindi w = 0

Il Gas NON compie lavoro espandendosi nel vuoto

w = - pex ΔV

esempio

Page 12: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

12

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Introduzione alla Termodinamica Sistema,  Ambiente  e  Universo  

•  Un sistema può essere: – Aperto (può scambiare materia ed energia) – Chiuso (può scambiare solo energia) – Isolato (non avvengono scambi di materia ed energia)

Si definisce come sistema quella parte dell’universo che è l’oggetto dello studio.

Page 13: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

13

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Per descrivere un sistema è necessario definire un certo numero di proprietà, ad esempio:

– Energia (E) – Pressione (P) – Volume (V) – Temperatura (T) – Quantità di sostanza

Queste proprietà assumono un valore univoco, prendono nome di funzioni di stato.

Funzioni di Stato

Page 14: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

14

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

• L’altitudine di un campo base è una funzione di stato. • Il lavoro fatto per andare dal campo base A a quello B dipende dal percorso preso. • Il lavoro non è una funzione di stato.

Calore e lavoro non sono grandezze funzioni di stato

Page 15: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

15

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Energia  Interna  (E)    E’ la somma dell’energia cinetica e potenziale associata

a tutte le particelle (ioni, atomi, molecole) del sistema

L’Energia Interna di un sistema aumenta con la temperatura

Definiamo come ΔE = ΔEf - ΔEi

la variazione di energia interna tra lo stato finale (f) e quello iniziale (i).

E’ possibile calcolare sperimentalmente la variazione di energia interna, per un processo chimico si ha: ΔE = ΔE(prodotti) - ΔE(reagenti)

Page 16: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

16 Energia  Interna  L’energia   interna   E   di   un   sistema   di   par,celle   cambia  quando   il   sistema   acquista   o   perde   calore,   quando   il  sistema  compie  o  subisce  un  lavoro.  

ΔE:  variazione  di  Energia  Interna  del  sistema:  stato  finale  –  stato  iniziale  ΔE  >  0  si  ha  un  guadagno  di  energia  interna  ΔE  <  0  si  ha  una  perdita  di  energia  interna  

esempio

Page 17: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

17 Le  variazioni  di  energia  rela,ve  ai    processi  chimici  

L’energia termica è associata con i moti molecolari.

L’energia si trasferisce in forma di calore da un oggetto caldo ad uno freddo finchè si stabilisce l’equilibrio termico.

Page 18: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

18 Processo Esotermico è qualsiasi processo che sviluppa calore – trasferisce energia termica dal sistema all’ambiente.

Processo Endotermico è qualsiasi processo che richiede calore dall’ambiente per poter avvenire.

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) + energia

H2O (g) H2O (l) + energia

energia + 2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

energia + H2O(s) H2O (l)

Page 19: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

19

acqua + ghiaccio

Processo  esotermico  

Processo  endotermico  

Page 20: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

20 Scambi di energia tra sistema e ambiente

La termochimica si basa sulla legge di CONSERVAZIONE DELL’ ENERGIA

qsist = – qamb

Page 21: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

21 Trasmissione  del  calore  (1)  

l’aumento di temperatura dipende dalla quantita’ di sostanza che scaldiamo

Fornendo ai due sistemi la medesima quantità di calore, si osserva che

Page 22: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

22 Trasmissione  del  calore  (2)    

il ΔT rilevato e’ diverso, la temperatura raggiunta dall’acqua è inferiore a quella dell’alcol etilico

Fornendo ai due sistemi la medesima quantità di calore, si osserva che

Page 23: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

23 Trasmissione  del  calore  Capacità  Termica  Specifica  

Quando  un  oggeUo  è  riscaldato  o  raffreddato,  la  quan,tà  di  energia  trasferita  dipende  dai  faUori:    -­‐   quan,tà  di  materia  -­‐   variazione  di  temperatura:    Δ  T    =  (Tfinale  –  Tiniziale  )  -­‐   ,po  di  materiale  Si  definisce  capacità  termica  specifica  il  calore  necessario  ad  innalzare  di  1  grado  K  la  temperatura  di  1  grammo  di  sostanza.    L'unità  di  misura  nel  SI  è  J  /  g·∙K  

 calore  scambiato  (J)  Csp    =  

                                       massa  (g)  x    ∆T  (K)     l'unità di misura del calore specifico è il J / (kg × K)

Page 24: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

24

Capacità  Termiche  Molari  a  298  K  

•  Al 24 J K-1 mol-1 0,897 J K-1 g-1 •  NaCl 50 J K-1 mol-1 •  SiO2 73 J K-1 mol-1 •  H2O(l) 75 J K-1 mol-1 •  H2O(g) 33 J K-1 mol-1

•  Per  oUenere  un  valore  indipendente  dalla  quan,tà  di  sostanza,  possiamo  usare  la  Capacità  Termica  Molare  (si  fa  riferimento  ad  una  mole  di  sostanza).  

Page 25: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

25 Capacità  Termica  Specifica  

25,0  g  di  alluminio  vengono  raffredda,  da  310  a  37  °C,  quanta  energia  (joules)  perde  l’alluminio?  

quan,tà  nota    Al:  0,897  (J/g•K)   –273  (K)  25  (g)   ∆T    =    Tfinale  –  Tiniziale  

0.897  (J  /  g  x  K)  =  calore  scambiato  (J)  /  (25.0  g)  x  (–273  K)  =  –6100  J  

Il  segno  nega,vo  indica  la  “direzione”  del  calore:  dall’alluminio  (sistema)  

all’ambiente  

Calore  scambiato  (J)  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐    massa  (g)  x  ΔT  (K)  

Capacità  termica  specifica  =  

esempio

Page 26: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

26 Trasferimento di Calore senza cambiamento di stato

q trasferito = (calore spec.)(massa)(∆T)

Page 27: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

27 Trasferimento di calore in un passaggio di stato

Il passaggio di stato necessita di un trasferimento di energia a T costante

Per fondere 1 grammo di ghiaccio servono 333 J (calore di fusione = 333 J/g)

Calore trasferito = calore di fusione (J/g) x massa (g)

Page 28: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

28

ebollizione

Curve di raffreddamento/riscaldamento dell’acqua

Nota che T è costante quando il ghiaccio fonde e quando l’acqua bolle

0

Calore assorbito

Calore ceduto

riscaldamento

riscaldamento

riscaldamento

fusione

Page 29: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

29 Primo Principio della Termodinamica

ΔEsis = q + w

La variazione di energia interna (ΔE) di un sistema è data dal bilancio del calore e lavoro scambiati tra sistema ed ambiente.

Page 30: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

30

Calcolare la variazione di energia interna per un sistema che assorbe 125 J di calore ed effettua 141 J di lavoro sull’ambiente.

q è + (calore assorbito) w è – (lavoro effettuato)

ΔEsis = q + w = (+125 J) + (-141J) = –16 J

esempio

Page 31: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

31

Reazioni chimiche che avvengono a volume costante

Dal 1° principio della termodinamica: ΔE = q + w ΔE = q + PΔV

•  Nel caso di una reazione in cui il volume non vari,   ΔV = 0 per cui PΔV = 0

  (non può esserci alcun lavoro pressione-volume fatto dal o sul sistema) quindi ΔE = qV

•  Quando forniamo energia ad un sistema senza che vari il suo volume, tale energia incrementa unicamente la sua energia interna.

Page 32: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

32

La maggior parte delle reazioni chimiche avvengono a P costante, definiamo il calore trasferito in questa circostanza con il termine entalpia (ΔH): qp = ΔH = ΔE + PΔV ΔH = H(prodotti) – H(reagenti)

Entalpia e Variazioni di Entalpia

Il ΔH di un processo, o calore di reazione, può essere ΔH < 0 : processo esotermico ΔH > 0 : processo endotermico

Page 33: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

33 Relazione tra ΔH e ΔE

•  Se il cambiamento di volume è molto piccolo:

ΔH = ΔE + pΔV

n  In un processo a pressione costante

pΔV ≈ 0 ΔH ≈ ΔE

Page 34: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

34 Decomposizione del NaN3 a Pressione Costante

esempio

P

Page 35: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

35 esempio

Decomposizione del NaN3 a volume costante

Page 36: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

36 L’Entalpia (H) si utilizza per quantificare il flusso di calore tra sistema ed ambiente, e viceversa, in un processo a pressione costante.

ΔH = H (prodotti) – H (reagenti) ΔH = calore scambiato in un processo a pressione costante

Hprodotti > Hreagenti ΔH > 0

Hprodotti< Hreagenti ΔH < 0

Processo endotermico Processo esotermico

Page 37: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

37

6.01 kJ sono assorbiti per fondere 1 mole di ghiaccio a 00C e 1 atm.

H2O (s) H2O (l)

ΔH = 6.01 kJ/mol (processo endotermico)

890.4 kJ sono rilasciati per la combustione di 1 mole di metano a 250C e 1 atm.

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH = -890.4 kJ/mol (processo esotermico)

Page 38: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

38 Entalpia e Reazioni •  ΔHA→B = -ΔHB→A

•  H2O(g) ⎯→ H2(g) + 1/2 O2(g) ΔH = +241.8 kJ

•  H2(g) + 1/2 O2(g) ⎯→ H2O(g) ΔH = -241.8 kJ

Il ΔH è proporzionale alla quantità di sostanza.

H2O(g) ⎯→ H2(g) + 1/2 O2(g) ΔH = +241.8 kJ

2 H2O(g) ⎯→ 2 H2(g) + 1 O2(g) ΔH = +483.6 kJ

Page 39: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

39 Entalpia •  La fase dei reagenti e dei prodotti deve essere

considerata

•  H2O(g) ⎯→ H2(g) + 1/2 O2(g) ΔH = +241.8 kJ

•  H2O(l) ⎯→ H2(g) + 1/2 O2(g) ΔH = +285.8 kJ

Page 40: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

40 Entalpie Standard

•  Entalpia standard di formazione – Simbolo: ΔHf

° – Rappresenta la variazione di entalpia relativa alla

formazione di 1 mole di un composto a partire dagli elementi nei loro stati standard.

* ΔHf° per un elemento nel suo stato standard è pari a

zero.

–  Stato Standard: 1 atm, 25°C, 1 M. – I valori di ΔHf

° dei composti si trovano nelle tabelle

–  Si utilizzano per il calcolo dei ΔH°rxn

Page 41: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

41 Entalpie standard di formazione, 25°C, 1atm.

Page 42: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

42 •  Entalpia standard di una reazione: ΔH°

rxn = ΣnΔHf

° (prodotti) - ΣmΔHf

°(reagenti)

dove Σ indica la sommatoria n e m sono I coefficienti stchiometrici della

equazione bilanciata. Il calore di reazione rappresenta il bilancio energetico

dell’energia necessaria per rompere i legami chimici dei reagenti e dell’energia che si svolge nella formazione dei legami dei prodotti.

Page 43: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

43

Calcolare il ΔH°rxn

per la reazione seguente utilizzando i valori di entalpia std di formazione ΔH°

f CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH°

rxn = ΣnΔHf

° (prodotti) – ΣmΔHf

°(reagenti)

= [1(–393.5) + 2(–285.8)] – [1(–74.8) + 2(0)] CO2(g) H2O(l) CH4(g) O2(g)

= –890.3 kJ/mol (reazione esotermica)

esempio

Page 44: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

44 Entalpia Standard ΔH°

ΔtipoH°

Reagenti e prodotti in stati standard: 1 bar e 25 °C

Tipo di Processo

H2O(l) ⎯→ H2O(g)

ΔvapH° (373 K) = +44 kJ mol-1

Page 45: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

45 Gas

Liquidi

Solidi

Condensazione o Liquefazione

Vaporizzazione

Solidificazione

Fusione

ΔsubH°

ΔvapH°

-ΔvapH°

-ΔsubH°

ΔfusH°

-ΔfusH°

Sublimazione

Brinamento

Page 46: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

46

46

Page 47: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

47

Il  calore  sviluppato  in  un  processo    si  misura  con  il  calorimetro.  

La  quanBtà  di  calore  (kJ)  emesso  o  assorbito  da  una  reazione,    si  determina  misurando  la  variazione  di  temperatura  dell’acqua.  

Q    =    c  �  m  �  ΔT  Q  =  calore  scambiato,  c  =  calore  specifico  dell’acqua  (4,18  J  /  °C  x  g;    m  =  massa  di  acqua  nel  calorimetro  

Il Calorimetro: determinazione del calore di una reazione

Page 48: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

48

48

La Chimica di Tutti I Giorni: Valori energetici dei cibi e di altre sostanze

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) ΔH = –2801 kJ/mol

1 cal = 4.184 J 1 Cal = 1000 cal = 4184 J

Substance ΔHcombustione (kJ/g)

Mela -2

Carne -8

Birra -1.5

Benzina -34

fruttosio

Page 49: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

49 Quanto calore si sviluppa dalla combustione di una mole di benzene (C6H6)? L’entalpia standard di formazione del benzene è 49.04 kJ/mol.

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)

ΔH0 rxn nΔH0 (prodotti) f = Σ mΔH0 (reagenti) f Σ -

ΔH0 rxn 6ΔH0 (H2O) f 12ΔH0 (CO2) f = [ + ] - 2ΔH0 (C6H6) f [ ]

ΔH0 rxn = [ 12 x –393.5 + 6 x –187.6 ] – [ 2 x 49.04 ] = -5946 kJ

-5946 kJ 2 mol

= - 2973 kJ/mol C6H6

esempio

Page 50: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

50

50

L’entalpia di soluzione (ΔHsoln) è la quantità di calore generato o assorbito quando una certa quantità di soluto si dissolve in una certa quantità di solvente.

ΔHsoln = Hsoln - Hcomponenti

Page 51: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

51 Il  Processo  di  Solubilizzazione  –  NaCl  -­‐  

ΔHsoln = Step 1 + Step 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol

Page 52: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

52 Utilizzo delle entalpie standard di formazione

Calcolare il calore di combustione dell’alcol metilico, i.e., ∆rHo per la reazione

CH3OH(g) + 3/2 O2(g) à CO2(g) + 2 H2O(g) ∆rHo = Σ ∆fHo

(prod) – Σ ∆fHo (reag)

esempio

Page 53: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

53 Utilizzo delle entalpie standard di formazione

∆rHo = ∆fHo (CO2) + 2 ∆fHo

(H2O) – {3/2 ∆fHo

(O2) + ∆fHo (CH3OH)}

= (-393.5 kJ) + 2 (-241.8 kJ) – {0 + (–201.5 kJ)} ∆rHo = –675.6 kJ per mol di alcol metilico

CH3OH(g) + 3/2 O2(g) à CO2(g) + 2 H2O(g) ∆rHo = Σ ∆fHo

(prod) – Σ ∆fHo (reag)

esempio

Page 54: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

54 Pg. 244 n.30

Page 55: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

55

Considerazioni: 1 L di acido acetico pesa 1044 g e contiene 1044 g / 60,05 g/mol = 17,38 mol La reazione esotermica sviluppa 355,9 kJ per ogni mole di acido prodotto, quindi 17,38 moli (prodotte) x 355,9 kJ /mol = 6187 kJ prodotti

Page 56: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

56

Pg 246 n. 50

(b) Quale è la variazione di entalpia standard per la reazione di 2,5 mol di Mg con l’ossigeno.

Page 57: Lezione 6 Energia e reazioni chimiche · L’Energia)potenzialee ’ dovuta)alla)posizionediun corpoin un)campo)di)forze) E = mgh •L’energia gravitazionale •L’energia potenziale

57

Mg(s) + 1/2 O2(g) --> MgO(s)

Dalla tabella L (nel Kotz) ΔH°f : MgO(s) = – 601,2 kJ/mol

Essendo il rapporto Mg / MgO di 1:1 si formeranno 2,5 mol di MgO.

Quindi ΔH° = - 601,2 kJ/mol x 2,5 mol = - 1503 kJ.

(b) Quale è la variazione di entalpia standard per la reazione di 2,5 mol di Mg con l’ossigeno.