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L’ENERGIA NELLE REAZIONI
CHIMICHE
CLASSI SECONDE
ITI GALILEI
Alessandra Scattarregia
OBBIETTIVI DI CONOSCENZA DELLA LEZIONE:
1. descrivere che cosa si intende per reazione esotermica
e reazione endotermica;
...
OBBIETTIVI DI CAPACITA' E COMPETENZA
DELLA LEZIONE:
1. distinguere le reazioni endo da quelle esotermiche;
2. calcolare l'...
LO SVILUPPO DI ENERGIA NELLE
REAZIONI: reazioni esotermiche
La reazione di combustione
del METANO.
L’energia complessiva d...
LA RICHIESTE DI ENERGIA NELLE
REAZIONI: reazioni endotermiche
La reazione di fotosintesi.
L’energia complessiva delle
mole...
LA RICHIESTE DI ENERGIA NELLE
REAZIONI: reazioni endotermiche
La reazione tra azoto ed ossigeno
N2
+ O2
+ 181 kJ → 2 NO
NO...
Sperimentalmente si verifica che il calore
svolto o assorbito in una reazione chimica
dipende dallo stato iniziale e final...
ENTALPIA
ESOTERMICA ENDOTERMICA
BOMBA CALORIMETRICA
Q = m x c x ΔT
ENTALPIA MOLARE STANDARD DI
FORMAZIONE
Per entalpia molare standard di formazione di una
sostanza, che si indica con il si...
DISORDINE ED ENTROPIA
La chimica è interessata al disordine in relazione allo stato delle particelle che
costituiscono un ...
ENTROPIA
Storicamente il concetto di entropia fu
introdotto per la prima volta da Clausius nel
1864. L'entropia è una gran...
ENTROPIA: definizione
La misura del grado di disordine di un sistema è chiamata ENTROPIA e si
indica con la lettera maiusc...
ENTROPIA: riferimento
DEFINIZIONE DI PLANK DELLO STATO
DI RIFERIMENTO DELL'ENTROPIA.
Si definisce S=0 in condizioni di mas...
ENTROPIA E REAZIONI
L'entropia durante una
reazione chimica AUMENTA
se il numero di moli di
prodotto è maggiore del
numero...
ENTROPIA: primo e secondo principio
della termodinamica
Nel linguaggio corrente spesso vengono utilizzate frasi del tipo:
...
SPONTANEITA' DELLE REAZIONI
Secondo l'equazione di Gibbs una reazioni chimica può procedere
spontaneamente se l'energia li...
ENERGIA LIBERA DI GIBBS
NELLE REAZIONI CHIMICHE HANNO UN RUOLO
IMPORTANTE SIA L'ENTALPIA CHE L'ENTROPIA.
ΔG = ΔH – T ΔS
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Termochimica

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Termochimica

  1. 1. L’ENERGIA NELLE REAZIONI CHIMICHE CLASSI SECONDE ITI GALILEI Alessandra Scattarregia
  2. 2. OBBIETTIVI DI CONOSCENZA DELLA LEZIONE: 1. descrivere che cosa si intende per reazione esotermica e reazione endotermica; 2. enunciare il concetto di entalpia; 3. descrivere l'emissione o l'assorbimento di energia in una trasformazione chimica mediante l'energia di legame delle molecole; 4. descrivere il concetto di entropia; 5. definire l'energia libera G in funzione dell'entalpia, della temperatura e dell'entropia di una trasformazione.
  3. 3. OBBIETTIVI DI CAPACITA' E COMPETENZA DELLA LEZIONE: 1. distinguere le reazioni endo da quelle esotermiche; 2. calcolare l'energia di una reazione e il ∆H tramite le energie di legame; 3. predire il segno della variazione di entropia di una reazione chimica; 4. calcolare la variazione di energia libera di una reazione; 5.mettere in relazione tra loro l'entalpia, l'entropia e l'energia libera di una reazione .
  4. 4. LO SVILUPPO DI ENERGIA NELLE REAZIONI: reazioni esotermiche La reazione di combustione del METANO. L’energia complessiva delle molecole dei reagenti è maggiore dell’energia complessiva delle molecole dei prodotti. CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2 O + 890 kJ/mole
  5. 5. LA RICHIESTE DI ENERGIA NELLE REAZIONI: reazioni endotermiche La reazione di fotosintesi. L’energia complessiva delle molecole dei reagenti è minore dell’energia complessiva delle molecole dei prodotti. 6 CO2 + 6 H2 O + 686 Kilocalorie/mole → C6 H12 O6 + 6 O2 1 cal = 4,184 joule
  6. 6. LA RICHIESTE DI ENERGIA NELLE REAZIONI: reazioni endotermiche La reazione tra azoto ed ossigeno N2 + O2 + 181 kJ → 2 NO NO reagisce spontaneamente all’aria per dare il biossido di azoto 2 NO + O2 + → 2 NO2 L'ossido di azoto viene utilizzato per la preparazione di miscele gassose campioni usate per il controllo dell'inquinamento atmosferico. È trasportato compresso in bombole. Miscelato ad ossigeno (miscela 1:1) si può utilizzare come anestetico inalatorio
  7. 7. Sperimentalmente si verifica che il calore svolto o assorbito in una reazione chimica dipende dallo stato iniziale e finale del sistema, quindi da T, P, dalla massa e dallo stato di aggregazione dei reagenti e dei prodotti. Le reazioni possono essere condotte in condizioni sperimentali diverse, ad esempio: a T e V costanti (in un reattore a volume costante)‫‏‬ oppure a T e P costanti (in un reattore mantenuto a P = 1 atm) La maggior parte delle reazioni chimiche è condotta a T e P costanti, per cui il calore ad esse associato è rappresentato dalla variazione di entalpia ∆H. La determinazione sperimentale dei calori di reazione è condotta in apparecchiature ENTALPIA In una reazione esotermica il ∆H è negativo. In una reazione endotermica il ∆H è positivo.
  8. 8. ENTALPIA ESOTERMICA ENDOTERMICA
  9. 9. BOMBA CALORIMETRICA Q = m x c x ΔT
  10. 10. ENTALPIA MOLARE STANDARD DI FORMAZIONE Per entalpia molare standard di formazione di una sostanza, che si indica con il simbolo ∆Hf ° si definisce il calore assorbito o sviluppato nella formazione di una mole del composto a partire dagli elementi. H2 + ½ O2  H2O ∆Hf ° = -285,8 kJ/mol 3/2 O2  O3 ∆Hf ° = + 143 kJ/mol
  11. 11. DISORDINE ED ENTROPIA La chimica è interessata al disordine in relazione allo stato delle particelle che costituiscono un sistema chimico. Il disordine è prima di tutto in relazione con lo STATO FISICO delle sostanze. SOLIDI = STRUTTURE ORDINATE LIQUIDI = STRUTTURE CON MAGGIORE MOVIMENTO DELLE PARTICELLE GAS = PARTICELLE MOLTO LIBERE DI MUOVERSI QUINDI PRSENZA DI GRANDE DISORDINE
  12. 12. ENTROPIA Storicamente il concetto di entropia fu introdotto per la prima volta da Clausius nel 1864. L'entropia è una grandezza nota sempre a meno di una costante additiva arbitraria. Questo fatto tuttavia non è molto rilevante perché quello che interessa conoscere di un sistema è la variazione di entropia fra due stati, non il valore della sua entropia in un certo stato. L'entropia è anche una grandezza additiva, il che significa che la variazione di entropia di un sistema costituito da più parti è uguale alla somma delle variazioni di entropia delle sue singole parti.
  13. 13. ENTROPIA: definizione La misura del grado di disordine di un sistema è chiamata ENTROPIA e si indica con la lettera maiuscola S. Le variazioni di entropia sono indicate con il ΔS. L'entropia è una funzione di stato, cioè le sue variazioni dipendono esclusivamente dallo stato finale e quello iniziale del sistema. L'entropia aumenta quando si passa da solido, a liquido a gas. L'entropia aumenta quando una sostanza solida si scioglie in un solvente. LE DIMENSIONI DELL'ENTROPIA NON SONO QUELLE DELL'ENERGIA BENSI' DI ENERGIA/TEMPERATURA. Clausius aveva infatti definito l'entropia come: ΔS = ΔQ / T ΔSreazione = Sprodotti - Sreagenti
  14. 14. ENTROPIA: riferimento DEFINIZIONE DI PLANK DELLO STATO DI RIFERIMENTO DELL'ENTROPIA. Si definisce S=0 in condizioni di massimo ordine possibile, quando le molecole di un elemento puro sono completamente ferme e cioè allo stato solido cristallino allo zero assoluto (K=0 , condizione non raggiungibile in pratica). Notare che a 25°C quindi nessuno degli elementi e dei composti presenti nella tabella del testo di pagina 334 possiede valore di entropia pari a zero.
  15. 15. ENTROPIA E REAZIONI L'entropia durante una reazione chimica AUMENTA se il numero di moli di prodotto è maggiore del numero di moli di reagente. L'entropia durante una reazione chimica DIMINUISCE se il numero di moli di prodotto è minore del numero di moli di reagente. Se lo stato fisico delle sostanze è lo stesso sia prima che dopo la reazione allora la variazione di entropia dipenderà dalla variazione del numero di moli di reagenti e di prodotti. N2 O4 → 2 NO2 1 mole → 2 moli 2 H2 + O2 → 2 H2 O 3 moli → 2 moli
  16. 16. ENTROPIA: primo e secondo principio della termodinamica Nel linguaggio corrente spesso vengono utilizzate frasi del tipo: L'umanità 'consuma' energia, oppure: Le risorse energetiche sulla Terra vanno 'esaurendosi' e simili. Eppure noi sappiamo che l'energia di un sistema isolato si conserva sempre. Come abbiamo già ricordato l'energia si trasforma da una forma ad un'altra, si trasferisce da un corpo ad un altro, può essere accumulata o liberata, ma si mantiene costante ( PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA). Quando si parla impropriamente di 'consumo di energia', di 'diminuzione di energia', in realtà si intende parlare di un altro fenomeno che accompagna tutti i fenomeni irreversibili: la 'degradazione' dell'energia (SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA). Immaginiamo ad esempio di bruciare una certa quantità di combustibile e di raccogliere tutti i prodotti della combustione (calore, fumo, ceneri, ecc...) : in base al I Principio possiamo affermare che essi contengono esattamente la stessa quantità di energia che era contenuta nel combustibile di partenza. Eppure è indubbio che se la quantità di energia è la stessa, la qualità è cambiata.
  17. 17. SPONTANEITA' DELLE REAZIONI Secondo l'equazione di Gibbs una reazioni chimica può procedere spontaneamente se l'energia libera dei prodotti è inferiore a quella dei reagenti, cioè se ΔG < 0. ΔG < 0 reazione spontanea ΔG > 0 reazione non spontanea ΔG = 0 reazione all'equilibrio ΔGreazione = ΔGprodotti - ΔGreagenti
  18. 18. ENERGIA LIBERA DI GIBBS NELLE REAZIONI CHIMICHE HANNO UN RUOLO IMPORTANTE SIA L'ENTALPIA CHE L'ENTROPIA. ΔG = ΔH – T ΔS LA FUNZIONE ENERGIA LIBERA TIENE CONTO DI ENTRAMBI I FATTORI, SECONDO LA SEGUENTE EQUAZIONE

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