Capitolo 17 - Termodinamica Flashcards
reazione spontanea e non spontanea
una reazione che si verifica in certe condizioni è detta spontanea
una reazione che non si verifica sotto certe condizioni si dice non spontanea
i processi che avvengono spontaneamente in una direzione non possono avvenire spontaneamente, nelle stesse condizioni, nella direzione inversa
il fatto che una reazione sia esotermica favorisce la sua spontaneità ma non la garantisce
entropia
una misura di come è dispera l’energia in un sistema fra i diversi possibili modi in cui il sistema può contenere energia - maggiore è la dispersione, maggiore è l’entropia (la maggior parte dei processi è accompagnata da una variazione di entropia)
microstati (o stati microscopici)
possibili modi per distribuire le molecole
ciascun insieme di microstati è detto distribuzione
la probabilità che si verifichi una particolare distribuzione (stato) dipende dal numero di modi (microstati) nei quali si può raggiungere la distribuzione
variazioni di entropia
un sistema con meno microstati fra i quali disperdere la propria energia ha minore entropia
un sistema con più microstati fari i quali disperdere la propria energia ha maggiore entropia
processo di vaporizzazione, processo di dissoluzione aumento della temperatura portano a un aumento di entropia
l’idratazione fa diminuire l’entropia perché riduce il numero di microstati - la variazione complessiva di entropia può anche essere negativa
entropia standard
è l’entropia assoluta di una sostanza a 1 atm e a 25°C (lè possibile determinare il valore assoluto dell’entropia di una sostanza)
in sostanze diverse nella stessa fase è la complessità molecolare che determina chi ha entropie maggiori
secondo principio della termodinamica
l’entropia dell’universo aumenta in un processo spontaneo e rimane invariata in un processo all’equilibrio - l’universo è costituito dal sistema e dall’ambiente, la variazione di entropia dell’universo per qualsiasi processo è la somma delle variazioni di entropia del sistema e dell’ambiente
entropia standard di reazione
è data dalla differenza di entropie standard tra prodotti e reagenti
variazioni di entropia nell’ambiente
quando ha luogo un processo esotermico nel sistema, il calore che viene trasferito all’ambiente aumenta il moto termico delle molecole presenti nell’ambiente stesso. di conseguenza c’è un aumento del numero di microstati e l’entropia nell’ambiente aumenta - viceversa un processo endotermico nel sistema assorbe energia dall’esterno e diminuisce l’entropia dell’ambiente perché diminuisce il moto molecolare. per processi a pressione costante la variazione di calore è uguale alla variazione di entalpia del sistema - le variazioni di entropia dell’ambiente è proporzionale all’entalpia di sistema
terzo principio della termodinamica
l’entropia di una sostanza perfettamente cristallina è zero allo zero assoluto di temperatura - con l’aumentare della temperatura la libertà di moto aumenta e quindi anche il numero di microstati - esso ci permette di determinare il valore assoluto dell’entropia delle sostanze
energia libera di gibbs (o energia libera)
G = H - TS
è l’energia libera disponibile per compiere un lavoro - se una particolare reazione è accompagnata da un rilascio di energia utilizzabile basta questo fatto per garantire che sia spontanea e non bisogna preoccuparsi di cosa accade al resto dell’universo
[delta]G < 0: la reazione spontanea è verso destra
[delta]G > 0: la reazione spontanea è verso sinistra
[delta]G = 0: il sistema è all’equilibrio
(es. temperatura: ossido di calcio, transizione di fase: alla temperatura alla quale si verifica una transizione di fase il sistema è all’equilibrio)
energia libera standard di reazione
è la variazione di energia libera di una reazione quando questa si verifica in condizioni standard e quando i reagenti nei loro stati standard si trasformano nei prodotti nei loro stati standard
energia libera standard di formazione
la variazione di energia libera che si verifica quando 1 mole di composto viene sintetizzata dai suoi elementi nei loro stati standard
energia libera ed equilibrio chimico
caso 1: un valore molto negativo di [delta]G° tenderà a rendere anche [delta]G negativo. così la reazione complessiva procederà da sinistra a destra finché non si formerà una quantità significativa del prodotto
caso 2: un valore molto positivo di [delta]G° tenderà a rendere anche [delta]G positivo. così la reazione complessiva procederà da destra a sinistra finché non si formerà una quantità significativa di reagenti
[delta]G° = -RT ln K
correla la costante di equilibrio della variazione dell’energia standard [delta]G° piuttosto che l’effettiva variazione [delta]G. la variazione di energia libera del sistema varia col progredire della reazione e diventa zero all’equilibrio
è il segno di [delta]G e non quello di [delta]G° che determina la direzione in cui la reazione procede spontaneamente. il segno di [delta]G° ci dice soltanto la quantità relativa dei prodotti e dei reagenti quando si raggiunge l’equilibrio e non la direzione della reazione complessiva
principio di reazione accoppiata
possiamo usare una reazione termodinamicamente favorevole per farne avvenire una sfavorevole (es. estrarre zinco dal suo minerale sfalerite)
hanno un ruolo cruciale nella nostra sopravvivenza - nei sistemi biologici gli enzimi facilitano una grande quantità di reazioni non spontanee (es. la molecola di glucosio viene demolita con l’aiuto di una serie di enzimi in una serie di passaggi. molta dell’energia libera rilasciata nel percorso è utilizzata per produrre ATP, ADP e acido fosforico)
