Alcuni concetti di base
La termodinamica tratta le proprietà macroscopiche dei sistemi e le variazioni di queste proprietà (estensive ed
intensive) duranti i processi.
Ad esempio studia dal punto di vista “macroscopico” gli scambi di energia che avvengono nelle trasformazioni chimiche.
Con energia si intende la capacità di un sistema di compiere un lavoro o produrre calore.
Alcuni concetti di base
Un sistema termodinamico può essere ISOLATO
non scambia né materia né energia con l’esterno
CHIUSO
scambia solo energia con l’esterno APERTO
scambia sia materia che energia con l’esterno
Alcuni concetti di base
Variabile o Funzione di stato
variabile il cui valore non dipende dal “percorso” ma solo dallo stato iniziale e dallo stato finale.
Lo stato termodinamico è una condizione macroscopica di un sistema le cui proprietà sono mantenute a valori costanti
indipendentemente dal tempo.
Equilibrio
stato di un sistema in cui i valori delle variabili di stato si mantengono costanti nel tempo.
Temperatura
misura della tendenza del calore a “sfuggire” da un corpo.
Calore e Lavoro: energia in transito
“….molte applicazioni ingegneristiche sono focalizzate sul lavoro svolto da una particolare motore termico. ….risulta utile definire il lavoro come una quantità positiva…
Calore specifico e calore molare
Calore specifico
cs = calore necessario per aumentare di 1 °C la temperatura di 1 grammo di sostanza.
Calore molare
C = calore necessario per aumentare di 1 °C la temperatura di 1 mole di sostanza.
Il calore molare si può ottenere dal calore specifico moltiplicato per il peso molare M della sostanza:
C = c
s· M
Anche i calori specifici variano con la temperatura ma possono essere ritenuti costanti su piccoli intervalli.
t c
m
Q
s
Un terzo tipo di energia: energia interna
la somma dei vari contributi di energia: potenziale intramolecolare, cinetica, chimica (legame) rappresenta
Energia interna ( U ) di un sistema
La variazione di energia interna di un sistema non isolato è data dalla somma delle quantità di calore e lavoro scambiate durante una qualsiasi trasformazione:
U U
finale– U
iniziale Q - L (Q+L)
I
principio della termodinamicadU Q - L
differenziale esatto funzione di stato
quando il calore e lavoro sono funzioni di stato
Per una trasformazione condotta a volume costante
U = Q V
il lavoro è uguale a zero
dt c
dU V
L Q
U -
per P=cost U Q
p- P V
) (
) (
) (
1 1
2 2
1 2
1 2
PV U
PV U
Q
V V
P U
U Q
P P
-
-
-
Q
PH
H
2-
1
Entalpia
Q P
H
Entalpia
Entalpia H = U + PV funzione di stato.
La variazione di entalpia di un sistema è data dalla quantità di calore scambiata durante una trasformazione che avviene a pressione costante:
H = H
finale– H
iniziale= Q
P H < 0 calore ceduto dal sistema trasformazione esotermica
H > 0 calore fornito al sistema dall’esterno
trasformazione endotermica
Condizioni standard
Non è possibile conoscere il valore assoluto delle funzioni di stato, comunque ciò che interessa è la variazione in seguito ad una trasformazione.
Per poter confrontare i valori di H è necessario definire uno stato standard di riferimento.
Lo stato standard di una specie chimica è quello della specie pura, nel suo stato stabile alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 25 °C .
Per un gas in una miscela, lo stato standard è quello in cui la sua pressione parziale è 1 atm.
Per una specie in soluzione, lo stato standard è quello in cui la sua concentrazione molare è unitaria.
Entalpia
Entalpia molare standard di formazione
H°f è il calore in gioco nella reazione che, a partire dagli elementi, porta alla formazione di 1 mole di composto.
Entalpia standard di reazione
H°r calore scambiato in una reazione condotta a pressione costante:
a A + b B c C + d D
H°r = H°prodotti – H°reagenti = (c H°C + d H°D) – (a H°A + bH°B)
Entalpia
Entalpia standard di combustione
H°c calore sviluppato dalla combustione di 1 mole di sostanza:
A + b O2 prodotti
H°r = H°prodotti – H°reagenti = H°prodotti – ( H°A)
