Lezione 12: Termodinamica (principi della termodinamica, energia interna, sistemi idrostatici, eltalpia, entropia, energia libera di Gibbs)

Question 1

Cos’è un sistema termodinamico?

Answer 1

Una porzione finita e percettibile di materia su cui sia possibile effettuare misurazioni di grandezze come pressione, temperatura, volume, separata dall'ambiente circostante.
Può essere:
- aperto —> materia+energia
- chiuso —> solo energia
- isolato —> né materia né energia

Question 2

Come si definisce un ambiente?

Answer 2

Come la regione di spazio che circonda un sistema termodinamico e che può scambiare energia e/o materia con esso

Question 3

Quanti e quali sono i principi della termodinamica?

Answer 3

1. Principio zero della termodinamica: se due corpi A e B sono in equilibrio termico con un terzo corpo T, allora sono in equilibrio tra loro
2. Primo principio della termodinamica: la variazione di energia interna di un sistema, ∆E, in seguito a una trasformazione è uguale al calore assorbito dal sistema, Q, meno il lavoro compiuto dal sistema, W.
   ∆E = Q - W
3. Secondo principio della termodinamica: tutte le reazioni avvengono spontaneamente nella direzione che aumenta l’entropia dell’universo

Question 4

Cos’è l’equilibrio termodinamico?

Answer 4

Se un sistema è contemporaneamente in equilibrio termico, meccanico e chimico, allora è in equilibrio termodinamico.
TERMICO: ogni parte del sistema è alla stessa temperatura
MECCANICO: ogni forza è in equilibrio all’interno del sistema
CHIMICO: non si verificano cambiamenti spontanei della composizione interna

Question 5

Dimmi la differenza tra proprietà intensive e proprietà estensive

Answer 5

INTENSIVE: sono indipendenti dalle dimensioni del sistema (pressione, temperatura e composizione)
ESTENSIVE: sono dipendenti dalle dimensioni del sistema (volume, numero delle moli)

Question 6

Cos’è l’energia?

Answer 6

L’energia può essere definita come una misura della capacità di compiere lavoro, si misura in J.
In termodinamica l’energia del sistema (ENERGIA INTERNA) è la somma dell’energia cinetica e di quella potenziale.
E int = K + U
CINETICA: energia che un corpo possiede grazie al proprio moto
POTENZIALE: energia che un corpo possiede grazie alla sua posizione in un campo di forza

Question 7

Cosa sono i sistemi idrostatici?

Answer 7

Sono sistemi a composizione costante che sono descrivibili solo da 3 variabili di stato: pressione (P), temperatura (T) e volume (V)

Question 8

Cos’è l’entalpia ∆H?

Answer 8

È il calore scambiato a pressione costante.
H = E + PV
∆H < 0 —> esotermica
∆H > 0 —> endotermica

Question 9

Cosa afferma la legge di Hess o legge delle entalpie?

Answer 9

Per una reazione chimica, ∆H resta invariato sia che la reazione si svolga in un unico stadio sia che si svolga in più stadi

Question 10

Quali caratteristiche hanno i processi spontanei?

Answer 10

1. Hanno luogo senza alcun intervento esterno
2. Procedono spontaneamente dai reagenti ai prodotti e vanno a completezza quando si raggiunge l’equilibrio
3. Generalmente si ha emissione di calore ma non sempre

Question 11

Cos’è l’entropia ∆S?

Answer 11

Esprime il disordine di un sistema ed è in costante aumento.

∆S = Qrev / T

Question 12

Cos’è l’energia libera di Gibbs ∆G?

Answer 12

Produce lavoro, tramite questa si verifica la spontaneità di una reazione.

∆G = ∆H - T∆S

∆G > 0 —> trasformazione non avviene
∆G = 0 —> trasformazione è all’equilibrio (non procede)
∆G < 0 —> trasformazione irreversibile e spontanea