17) Termodinamica (cap.20) Flashcards
Che cos’è una trasformazione spontanea e che cos’è una trasformazione non-spontanea?
È una trasformazione che avviene spontaneamente in una determinata direzione senza alcun intervento dall’esterno. Al contrario, per far avvenire una reazione non-spontanea abbiamo bisogno di un continua apporto dall’esterno.
Però la 1 legge della termodinamica non è un grado di dirci la direzione della spontaneità perché DeltaH non è un criterio della spontaneità
Definisci la dispersione dell’energia inteso come “disordine”
Le molecole hanno più libertà di movimento dopo una trasformazione, ciò vuol dire che l’energia associata al loro movimenti è più dispersa. Oltre che ad una maggiore libertà di movimento , ne segue una maggiore dispersione della loro energia su più livelli.
L’energia dispersa è anche l’energia più “disordinata”, il disordine può essere espresso come:
1) disordine posizionale, riguardante la disposizione delle particelle nello spazio
2) disordine termico, che riguarda la dispersione dei valori dell’energia in più strati energetici quantizzati
Quindi una maggiore libertà di movimento ed una maggiore dispersione dell’energia in più livelli energetici sono 2 fattori che influenzano notevolmente la spontaneità di una reazione
Che cosa sono i microstati?
Una molecola non ha soltanto degli stati elettronici, ma ha anche dei livelli dell’energia cinetica rotazionale, traslazionale e vibrazionale.
Focalizzandoci su un’unica molecola in un determinato istante, essa si muove nello spazio, ruota su se stessa e vibra ad una determinata velocità.
Nell’istante successivo questa molecola potrebbe colpire un’altra molecola cambiando i propri stati energetici. Dunque una molecola ha un elevato numero di combinazioni di stati, ed ogni stato quantizzato viene chiamato MICROSTATO, in ogni molecola ogni microstato ha la stessa energia.
Dal punto di vista della termodinamica in numero di incrostati corrisponde al numero di possibili modi in cui l’energia si può disperdere.
Che cos’è l’entropia?
Boltzmann correlo il numero di microstati con l’entropia (s):
S=klnW. Dove k è la costante di Boltzmann ed è il prodotto tra la costante universale dei gas R e il numero di avigadro Na. È un valore preciso uguale a 1,ei10^-23 j/k
Da questa relazione capiamo come:
1) un sistema con un numero minore di microstati su cui distribuire la propria energia ha una entropia minore
2) un sistema con un numero di microstati maggiori su cui distribuire l’energia ha una entropia maggiore
L’entropia è una funzione di stato che consente di quantificare la dispersione dell’energia, quindi la variazione dell’entropia dipende soltanto dalla differenza tra Sf e Si
Definisci 2 esempi di entropia
1) è un sistema formato da 2 PALLONCINI collegati da un RUBINETTO in cui in uno è stato inserito 1 mol di un gas, nell’altro è stato fatto il vuoto. Quando apri o il rubinetto, il gas si espande in tutto il volume e lo spazio disponibile, quindi anche nell’altro palloncino, ed il numero di microstati raddoppia.
Così come se aggiungessimo una quantità doppi di moli, il numero di microstati raddoppierebbe. Quindi per una mole si ha:
Wfinale/Winiziale= 2^Na
Delta S = K*ln2^Na
2) è un sistema basato sugli scambi di calore che avvengono durante le trasformazioni, è formato da un PISTONE e un CILINDRO racchiusi in un SERBATOIO di calore, la cui pressione è esercitata da un BECKER PIENO DI SABBIA. La variazione di entropia è definita come:
Delta S= q rev/ t
il gas si espanderà di poco, facendo alzare il pistone e compirà del lavoro uguale a -w, assorbendo del calore, q, uguale a -w. Il processo è considerato reversibile perché basta aggiungere o togliere un granello di sabbia per farlo tornare al suo stato iniziale .
Definisci il secondo principio della termodinamica
Se considerassimo tutte le reazioni sia del sistema che dell’ambiente, troveremmo che tutte le reazione avvengono spontaneamente nel verso che aumenta l’entropia dell’UNIVERSO.
DeltaS(universo)= DeltaS(ambiente)+DeltaS(sistema)> 0
Consideriamo il caso in cui l’universo è in uno stato di non-equilibrio, esso si muoverebbe verso l’equilibrio producendo continuamente entropia fino a quando non ha raggiunto l’equilibrio e l’entropia è MASSIMA. Quindi in un processo spontaneo, l’energia dell’universo è nel verso della massima dispersione perché è lo stato più STABILE.
Definisci il terzo principio della termodinamica
L’entropia di un cristallo “perfetto” a temperatura dello “zero assoluto” ha valore 0, per cristallo perfetto si intende un cristallo che ha le disposizioni tutte ordinate senza alcun difetto, per zero assoluto significa invece che le particelle hanno tutte la loro energia minimi a e quindi esiste solo 1 un microstato.
S=kln1= k0=0
Che cos’è l’entropia molare standard e come la possiamo prevedere?
L’entropia è una proprietà intensiva, ciò vuol dire che dipende soltanto dalla quantità di sostanza. A partire dalla zero della temperatura del cristallo perfetto, possiamo prevedere il comportamento dell’entropia molare standard:
1) molecole con una struttura più complessa hanno una entropia maggiore rispetto alle molecole con una struttura più semplice
2) per una certa sostanza i cambiamenti di stato sono accompagnati da una grande entropia
3) l’entropia dei gas è maggiore di quello dei liquidi che è maggiore di quello del solido
4) un aumento della temperatura fa aumentare l’entropia perché aumentano i possibili microstati che fanno aumentare l’energia cinetica
5) la dissociazione di un gas provoca una entropia che è maggiore della dissociazione di un liquidò o di un solido (particelle più libere di muoversi)
6) la dissociazione di un solido o di un liquidò ha una entropia maggiore rispetto a quella di un soluto puro, perché quando un solido si scioglie, esso si dissocia nei suoi ioni idruri dispersi
7) un maggiore numero di atomi provoca una maggiore entropia perché aumenta la distribuzione di energia vibrazionale
Che cos’è l’entropia standard di reazione?
È la variazione di entropia che si ha quando reagenti e prodotti sono calcolati nei loro stati standard, un fattore che influisce notevolmente l’entropia ed la variazione del numero di moli di gas nella reazione. L’entropia diminuisce se il numero di moli di gas diminuisce e l’entropia aumenta se il numero di moli di gas aumenta
Come l’ambiente influisce sull’entropia?
La seconda legge della termodinamica stabilisce che l’entropia del sistema diminuisce soltanto se l’entropia dell’ambiente aumenta, quindi l’ambiente ha un ruolo essenziale nel fornire e sottrarre valore al sistema, il ciò può avvenire in 2 modi:
1) trasferimento esotermico, l’acquisto del calore dell’ambiente aumenta il movimento delle particella che fa aumentare l’entropia
q(sistema)<0. q(ambiente)>0. DeltaS(sistema)>0
2) trasferimento endotermico, la sottrazione di calore dall’ambiente fa diminuire il movimento delle particelle che fanno diminuire l’entropia del sistema
q(sistema)>0. q(ambiente)<0. DeltaS(sistema)<0
La variazione di entropia è quindi inversamente proporzionale alla temperatura prima della trasformazione, ed è direttamente proporzionale a una variazione OPPOSTA di calore del sistema, combinando queste relazioni otteniamo che:
DeltaS(ambiente)= - q(sistema)/T
Ma q(sistema a pressione costante è proprio deltaH, quindi:
DeltaS(ambiente)=-deltaH(sistema)/T
DeltaS(universo)=-DeltaH(sistema)/T+ DeltaS(sistema)
Che cos’è l’energia libera di Gibbs?
È la funzione di stato più importante perché ingloba in sé il primo e il secondo principio della termodinamica, esso dipende infatti dall’entalpia, dall’entropia e dalla temperatura assoluta. La variazione dell’energia libera di Gibbs è una misura della spontaneità della reazione dell’energia utili e che ne si ricava
DeltaG= DeltaH-TDeltaS
Dal secondo principio della termodinamica sappiamo che:
DeltaS(universo)=-DeltaH(sistema)/T+ DeltaS(sistema)
Se moltiplicassimo ogni membro per T otterremmo che:
-TDeltaS(universo)= DeltaH-T*DeltaS
Quindi la variazione dell’energia libera di Gibbs dipende proprio dalla variazione dell’entropia dell’universo.
Ripetei i segni della reazione e gli effetti della temperatura
Definisci la relazione tra DeltaG e il rapporto Q/K
