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