Lezione 9: Entropia ed Energia Libera Flashcards
Cosa è l’entropia? come si calcola la sua variazione in caso di processi reversibili e irreversibili?
E’ vero che normalmente tutti i sistemi manifestano una tendenza a raggiungere uno stato di minima energia: è tuttavia vero che in alcuni processi fisici tale tendenza è controbilanciata dalla tendenza a raggiungere uno stato in cui si abbia il massimo disordine molecolare.
In un processo spontaneo aumenta il disordine del sistema: l’entropia è una grandezza che indica il grado di disordine di un sistema.
In particolare l’entropia è:
- una funzione di stato
- una proprietà estensiva
CAMBIAMENTO REVERSIBILE: deltaS=deltaQ(rev)/T
CAMBIAMENTO IRREVERSIBILE:deltaS=deltaQ(irr)/T
con Q(rev)>Q(irr)
Cosa si intende per processo reversibile e per processo irreversibile.
Se il valore di qualcuna delle grandezze macroscopiche di un sistema cambia nel tempo, si dice che il sistema sta subendo una trasformazione; essa può essere:
-REVERSIBILE: se il processo avviene in modo che il sistema passi attraverso STATI DI EQUILIBRIO (le variabili del sistema sono diverse dalle variabili dell’intorno di un infinitesimo), e ciò si può ottenere facendolo avvenire molto lentamente; questo tipo di trasformazione può essere percorsa nel verso che va dallo stato iniziale a quello finale, ma anche da quello che è stato chiamato stato finale a quello iniziale, passando sempre per gli stessi stati intermedi.
Tale trasformazione può essere rappresentata su un diagramma di stato mediante una curva che unisce i punti indicanti gli stati intermedi percorsi dal sistema.
-IRREVERSIBILE: se il processo non avviene facendo in modo che il sistema passi attraverso stati di equilibrio (le variabili del sistema sono diverse dalle variabili dell’intorno di una grandezza finita); questo comporta naturalmente che non è possibile in nessun modo compiere un processo che porti il sistema dallo stato finale allo stato iniziale.
Tale caratteristica rende impossibile rappresentare una trasformazione irreversibile su un diagramma di stato
Tutti i processi reali si svolgono in condizioni di irreversibilità.
Come si calcola ∆S in una transizione di fase ed in un riscaldamento
TRANSIZIONE DI FASE
T=cost, varia lo stato di aggregazione
deltaS=n*deltaH/Ttransizione
RISCALDAMENTO
T varia, stato di aggregazione=cost
P=cost –> deltaS=nc’pln(T2/T1)
V=cost –> deltaS=nc’vln(T2/T1)
Cosa indica l’entropia assoluta? Come si calcola?
A differenza dell’entalpia, per cui è facile individuare uno stato di riferimento (stato standard), per l’entropia il riferimento dovrebbe corrispondere al “minimo disordine” che potrebbe aver luogo solo in prossimità dello zero assoluto.
Si introduce quindi il concetto di ENTROPIA ASSOLUTA.
L’entropia assoluta è la differenza (per 1 mol di sostanza) tra l’entropia a P=1 atm e a T=25 C e l’entropia della stessa sostanza alla T vicina allo zero assoluto (T non raggiungibile, ma l’errore che si commette è trascurabile)
Come calcolare la variazione di entropia data una reazione chimica
Vale la legge di Hess
Come varia l’entropia al variare della pressione (quindi del volume) e della Temperatura?
L’entropia:
-aumenta all’aumentare della Temperatura –> subisce notevoli variazioni in prossimità dei cambiamenti di fase
-diminuisce all’aumentare della P –> S dipende dal numero di stati microscopici accessibili nello spazio: se P aumenta, tale numero diminuisce, in quanto il volume diminuisce
Cosa è l’energia libera e come è definita
L’energia libera è una funzione di stato che dipende da P e T. A fissate P e T, il valore della variazione di energia libera dipende:
-dal fattore entalpico: deltaH
-dal fattore entropico: -TdeltaS
L’energia libera fornisce quindi un quadro più completo sulla spontaneità o meno di una reazione.
Quando in un sistema chimico chiuso avviene una reazione, dunque, la sua energia libera diminuisce progressivamente, fino a che il sistema medesimo raggiunge lo stato di equilibrio relativo alle condizioni a cui è sottoposto: allora l’energia libera del sistema raggiunge il valore minimo compatibile con quelle condizioni e risulta deltaG=0.
Grafici dell’energia libera a P costante, al variare della T, per reazioni esotermiche oppure
endotermiche, disordinanti oppure ordinanti.
ENDOTERMICA ORDINANTE: negativa, passante
ENDOTERMICA DISORDINANTE: positiva, non passante
ESOTERMICA ORDINANTE: negativa, non passante
ESOTERMICA DISORDINANTE: positiva, passante
indicare Teq
deltaG>0 = «
deltaG<0 =»_space;
cosa è la variazione di energia libera in una reazione? Come si può calcolare?
BOH (?)
Relazione tra energia libera e quoziente di reazione o Keq
Come si calcola la Kc e la Kp? Cosa s’intende per Kn?
KP (eq. in fase gas) = k in funzione delle Pi
KC (eq. in fase liquida) = k in funzione delle concentrazioni
KN = KC = KP = k in funzione delle moli, quando deltaV=0
Quali fattori influenzano lo spostamento dell’equilibrio?
Se perturbo un sistema all’equilibrio, esso risponde spostando l’equilibrio stesso in modo tale da rendere minime le conseguenze della variazione imposta.
1) VARIAZIONE DI T:
- REAZIONE ENDOTERMICA: il riscaldamento favorisce il processo (Q è un reagente)
- REAZIONE ESOTERMICA: il riscaldamento sfavorisce il processo (Q è un prodotto)
2 e 3) VARIAZIONE DI PRESSIONE/VARIAZIONE DI VOLUME
- Aumento il volume = diminuisco la P –> direzione con + moli gassose
- diminuisco il volume = aumento la P –> direzione in cui ho meno moli gassose
4)VARIAZIONE DELLE MOLI
-l’aggiunta di un reagente al sistema all’equilibrio causa Q<Keq istantaneamente –> la reazione procede verso i prodotti
- viceversa
