Giorgio Sartor. Termodinamica. La termodinamica. Studia l energia coinvolta nelle trasformazioni.

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1 Giorgio Sartor Termodinamica Copyright by Giorgio Sartor. All rights reserved. Versione jan 2010 La termodinamica Studia l energia coinvolta nelle trasformazioni. Ha a che fare con le trasformazioni dell energia, compresi il calore e il lavoro, e con le proprietà fisiche delle sostanze coinvolte nelle trasformazioni (Jones & Hawkins, 1986) La termodinamica è usata per capire e descrivere i sistemi che subiscono variazioni di energia v gs Termodinamica - 2 1

2 La termodinamica In termodinamica si prescinde dai dettagli del sistema Si parte da una serie di principi astratti Si traggono conclusioni di tipo molto generale Esempi di sistemi termodinamici una batteria una soluzione chimica un gas perfetto ed anche una cellula v gs Termodinamica - 3 Capire la termodinamica: Perchè è importante? Il principio di conservazione dell energia permette di definire e quantificare i flussi di energia (I principio della termodinamica). Il II principio della termodinamica permette di determinare la direzione del flusso di energia e la sua qualità. Ogni sistema energetico (reattore nucleare, sole, cellula, turbina a gas) è sottoposto al I e al II principio della termodinamica. La termodinamica può essere usata per calcolare e prevedere i cambiamenti energetici di un sistema v gs Termodinamica - 4 2

3 Sistemi termodinamici Si definisce sistema: La quantità di materia o la regione dello spazio da studiare o da analizzare Si definisce ambiente: La regione al di fuori del sistema Sistema Ambiente Confine v gs Termodinamica - 5 Sistema isolato La massa è fissa e la massa non può né uscire né entrare, nessuno scambio di massa con l ambiente Non vi è scambio di energia tra il sistema e l ambiente Sistema isolato Nessuno scambio di massa Nessuno scambio energia Ambiente v gs Termodinamica - 6 3

4 Sistema chiuso La massa è fissa e la massa non può né uscire né entrare, nessuno scambio di massa L energia può essere scambiata tra il sistema e l ambiente Sistema chiuso Nessuno scambio di massa Possibile scambio energia Ambiente v gs Termodinamica - 7 Sistema aperto La massa del sistema può variare, può essere scambiata con l ambiente. L energia può essere scambiata tra il sistema e l ambiente Sistema aperto Possibile scambio di massa Possibile scambio energia Ambiente v gs Termodinamica - 8 4

5 Proprietà di un sistema Densità: Quantità di massa per unità di volume ρ = massa/volume La densità è una proprietà materiale e dipende poco dalla temperatura Unità: kg/m 3, g/cm 3, Volume specifico: Inverso della densità ν = 1/ρ Unità: m 3 /kg, cm 3 /g, v gs Termodinamica - 9 Proprietà Intensive Indipendenti dalle dimensioni del sistema Temperatura Densità Pressione Estensive Dipendenti dalle dimensioni del sistema Massa Volume Energia totale v gs Termodinamica

6 La materia in termodinamica Continuum vs. Discreto Continuo e omogeneo Continuum ideale Nessuna discontinuità in nessuna direzione (X, Y o Z) Discreto Continuum v gs Termodinamica - 11 Definizione di stato termodinamico Un sistema generico viene descritto da una serie di parametri globali (macroscopici) Se i parametri non variano nel tempo hanno lo stesso valore in tutti i punti dello spazio saremo in uno stato termodinamico v gs Termodinamica

7 Definizione di stato In generale i parametri definiscono uno stato termodinamico sono legati fra loro da una equazione di stato v gs Termodinamica - 13 Stato e Equilibrio Stato Condizioni di un sistema come specificato dai valori delle sue proprietà (T=5.0 C, P=1 atm) Se le proprietà cambiano il sistema raggiunge un nuovo stato Equilibrio Non esistono sbilanciamenti o forze che spingono a variazioni del sistema Il sistema è in equilibrio quando non subisce cambiamenti macroscopici P S 1 S 2 V v gs Termodinamica

8 Equilibrio Equilibrio termico Non esiste un gradiente di temperatura all interno del sistema T 2 T 1 = T 2 T 1 Equilibrio meccanico La pressione è costante in ogni punto del sistema P 1 P 2 P 1 = P 2 P 1 f(tempo) P 2 f(tempo) v gs Termodinamica - 15 Equilibrio termico T 1 T 2 Stato iniziale: T 1 >T 2 T 1,finale T 2,finale Stato finale: T 1 =T 2 v gs Termodinamica

9 Postulato dello stato Un sistema semplice comprimibile è completamente descritto da due proprietà intensive indipendenti (per es. Temperatura, Pressione, ) attraverso un equazione di stato Sistema semplice comprimibile Un sistema in assenza di effetti elettrici, magnetici, gravitazionali o di tensione superficiale Proprietà intensive indipendenti Una può variare mentre le altre restano costanti v gs Termodinamica - 17 Processi e cicli Processo Cambiamento di un sistema da uno stato di equilibrio ad un altro Percorso Serie di stati attraverso i quali un sistema passa durante un processo Processo di quasi-equilibrio Processo lento che permette all intero sistema di adattarsi in modo tale da rimanere vicino all equilibrio S 1 S 2 Percorso v gs Termodinamica

10 Processo termodinamico p Stato 1 Stato 2 V T v gs Termodinamica - 19 Processi termodinamici - Cicli Processo isotermico La temperatura rimane costante Processo isobaro La pressione rimane costante p Processo isometrico Il volume rimane costante Ciclo Il sistema raggiunge lo stato iniziale alla fine del processo p S 2 S 1 T S 2 S 1 V p p S 1 S 2 T S 1 S 2 V v gs Termodinamica

11 Ciclo termodinamico p Stato 1 Processo 1 Stato 2 Processo 2 V T v gs Termodinamica - 21 Forme di energia Termica (variazione di temperatura) Meccanica (variazione di forma) Cinetica (movimento) Potenziale (posizione) Elettrica (carica elettrica) Magnetica (campo magnetico) Chimica (potenziale chimico) Nucleare (decadimento del nucleo) v gs Termodinamica

12 Energia in termodinamica Non fornisce informazioni sul contenuto totale di energia di un sistema Ha a che fare con variazioni di energia (differenze, ) Macroscopica: descrizione dell intero sistema rispetto ad una riferimento esterno (energia cinetica o energia potenziale) Microscopica: correlata alla struttura molecolare di un sistema ed indipendente da riferimenti esterni; la somma delle forme microscopiche di energia è l energia interna v gs Termodinamica - 23 Temperatura v gs Termodinamica

13 Temperatura e principio zero della termodinamica Temperatura Misura quanto freddo o quanto caldo è un sistema in modo quantitativo Riflette il grado di agitazione delle molecole Gas Bassa Temperatura Alta Temperatura v gs Termodinamica - 25 Principio Zero della termodinamica Se due corpi sono in equilibrio termico con un terzo corpo essi sono anche in equilibrio termico tra loro T 1 T 3 T 2 Se T 1 = T 3 e T 2 = T 3, anche T 1 = T 2 v gs Termodinamica

14 Scale di temperatura Kelvin Punto di di congelamento dell acqua a P = 1 atm atm T = K Punto di di vapore dell acqua a P = 1 atm atm T = K Celsius Punto di di congelamento dell acqua a P = 1 atm atm T = 0 o o C Punto di di vapore dell acqua a P = 1 atm atm T = o o C 1 C = 1K v gs Termodinamica - 27 Scale di temperatura William Thompson Lord Kelvin Andre Celsius v gs Termodinamica

15 Diagramma di stato dell acqua v gs Termodinamica - 29 Diagramma di stato dell acqua FUSIONE CONGELAMENTO EBOLLIZIONE CONDENSAZIONE BRINAZIONE SUBLIMAZIONE v gs Termodinamica

16 Temperatura T(K) = T( C) v gs Termodinamica - 31 Calore v gs Termodinamica

17 Calore e Temperatura La Temperatura riflette il movimento casuale delle particelle, correlata all energia cinetica delle molecole. Il Calore coinvolge un trasferimento di energia tra due oggetti a temperatura differente. v gs Termodinamica - 33 Flusso di Calore Il Calore fluisce da un corpo caldo ad uno freddo fino a quando non raggiungono la stessa temperatura Calore v gs Termodinamica

18 Flusso di Calore ed Equilibrio Termico Quando un corpo caldo viene messo a contatto con un corpo freddo, del calore fluisce dal corpo caldo verso quello freddo, T 1 T 2 aumentando la sua energia, sino a raggiungere l equilibrio termico. Stato iniziale: T 1 >T 2 T 1,finale T 2,finale Stato finale: T 1 =T 2 v gs Termodinamica - 35 Calore scambiato Un processo che scambia calore si dice Esotermico: se il calore viene emesso dal sistema verso l ambiente Endotermico: se il calore viene assorbito dal sistema ed emesso dall ambiente v gs Termodinamica

19 Energia, lavoro e calore Un sistema può scambiare energia con l ambiente mediante Calore scambiato Lavoro eseguito (dal sistema o dall ambiente) Scaldando un corpo, aumentiamo la sua capacità di compiere lavoro e quindi aumentiamo la sua energia. Anche compiendo lavoro sul sistema aumentiamo la sua energia, ad esempio comprimendo un gas o tirando una molla. v gs Termodinamica - 37 c dipende dal tipo di materiale e C = c m [ c] Calore specifico è la capacità termica dell unità di massa del materiale si indica con c Q = c m T = c m ( T T ) [ ] [ ] [ ] [ T ] = Q energia l m m T = m = t l t = mt T f i nel SI il calore specifico c si misura in J/(kgK) si devono precisare le condizioni sotto cui c è misurato a pressione costante c p a volume costante c v v gs Termodinamica

20 solidi e liquidi Calore specifico in genere si suppone che la misura di c sia fatta a pressione costante (pressione atmosferica) c p la misura può essere fatta anche a volume costante, applicando una pressione esterna che impedisca la dilatazione termica c v Per un gas c p e c v sono molto diversi gas ideale c v è più difficile da determinare sperimentalmente si può calcolare differisce di poco da c p (qualche %) v gs Termodinamica - 39 Calore specifico molare è utilizzato in alcuni calcoli (vedi più avanti gas ideali) è la capacità termica di una mole della sostanza dove cmol è il calore specifico molare e n il numero di moli Q = c n T = c n ( T T ) [ c ] mol mol mol f i nel SI il calore specifico molare cmol si misura in J mol -1 K -1 [ ] [ ] [ ] [ ] 2 2 Q energia l mt = = = n T mol T mol T v gs Termodinamica

21 il calore specifico di un solido dipende dalla temperatura, soprattutto a basse T v gs Termodinamica - 41 Calore e lavoro Joule dimostrò come il Lavoro e il Calore fossero convertibili l uno nell altro James Joule ( ) Dopo aver variato l Energia di un sistema, questo non ricorda se è stato eseguito del lavoro o se è stato scambiato del calore. v gs Termodinamica

22 L Esperimento di Joule Joules provò l equivalenza tra calore e lavoro meccanico Il lavoro eseguito per far ruotare le pale, causa un aumento della temperatura dell acqua Joules dimostrò anche che la quantità di calore prodotto era proporzionale alla quantità di lavoro v gs Termodinamica - 43 Lavoro: energia in transito Simbolo: w Il Lavoro è energia ordinata che può essere utilizzata per sollevare un peso nell Ambiente Non può essere immagazzinata come Lavoro. Esiste SOLAMENTE durante il processo in cui viene eseguito il lavoro. v gs Termodinamica

23 Calore: energia per giungere all equilibrio Simbolo: q Il Calore è energia disordinata che viene trasferita tra sistema e ambiente per ristabilire l equilibrio termico. NON può essere immagazzinato come Calore. Esiste SOLAMENTE durante il processo in cui viene scambiato. v gs Termodinamica - 45 Calore contenuto??? Non si può parlare di Calore Contenuto in un corpo!! Solo di Energia contenuta v gs Termodinamica

24 Convenzioni Per convenzione, Lavoro e Calore sono negativi se diminuiscono l energia del sistema, positivi se l aumentano Lavoro: > 0 se è fatto sul sistema < 0 se è fatto dal sistema Calore: > 0 se è assorbito dal sistema < 0 se è emesso dal sistema v gs Termodinamica - 47 Sistema e ambiente AMBIENTE q (in) endotermico w (in) sul sistema SISTEMA U = energia interna U = q + w -q (out) esotermico -w (out) dal sistema v gs Termodinamica

25 Conversione: Lavoro in Calore Temperatura di una palla da tennis prima e dopo l urto v gs Termodinamica - 49 Calore e lavoro non si conservano Il lavoro non è una funzione di stato, e dipende dal cammino. Essendo il Lavoro e il Calore equivalenti in Termodinamica, neanche il calore è una funzione di stato Il calore è una particolare forma di energia e quindi non sorprende che non sia una funzione di stato. v gs Termodinamica

26 Energia Interna Se calore e lavoro non esistono al di fuori del processo in cui vengono trasferiti, cosa diventano? L evidenza sperimentale portava a concludere che ogni corpo potesse immagazzinare l energia internamente, senza trasformarla in energia cinetica totale del corpo ponendolo in movimento. v gs Termodinamica - 51 Energia Interna Viene postulata l esistenza di una funzione U chiamata Energia Interna Che è data dalla somma dell Energia Cinetica e Potenziale Molecolare Energia traslazionale, Energia rotazionale, Energia vibrazionale, Energia v gs Termodinamica

27 Energia interna L energia interna PUÒ venire immagazzinata! Esiste una U i prima del processo e una U f dopo il processo. Esiste quindi un U = U f - U i U è una funzione di stato U si comporta come una banca. Eseguendo lavoro sul sistema, U immagazzina una quantità equivalente di energia. Questa poi può essere ceduta sotto forma di lavoro, o di calore o in altro modo. v gs Termodinamica - 53 I principio (Legge) della termodinamica v gs Termodinamica

28 Primo principio (legge) della termodinamica Nonostante il Calore (q) e il Lavoro (w) non siano delle funzioni di stato, sperimentalmente si osserva che la loro somma è una variazione di una funzione di stato chiamata Energia Interna U = q - w v gs Termodinamica - 55 U = q - w Il Primo principio della Termodinamica racchiude più osservazioni sperimentali Calore e Lavoro sono equivalenti Esiste una funzione di stato chiamata U che rappresenta l energia interna del sistema Se il sistema è isolato, q = w = 0, per cui U = 0: l energia si conserva v gs Termodinamica

29 Corollario L Energia dell universo è costante v gs Termodinamica - 57 Unità di misura Cal: definita come la quantità di calore che serve per portare 1 kg di acqua da 14,5 C a 15,5 C Joule ( ) vede che lavoro-energia e calore sono la stessa cosa (circa metà dell 800) trasforma lavoro in calore e misura i risultati 1 Cal = 4186 J = kj v gs Termodinamica

30 Il Primo Principio (in forma differenziale) È spesso sia considerare dei cambiamenti infinitesimi su un sistema, invece di cambiamenti finiti: Il primo principio U = q - w, in forma differenziale diventa du = dq - dw v gs Termodinamica - 59 Applicazioni Le forme di lavoro che possono essere eseguite da un sistema [bio(chimico)] sono molteplici: Lavoro meccanico (muscoli) Lavoro elettrico (fibre nervose) Lavoro chimico (biosintesi) v gs Termodinamica

31 Lavoro Per ora consideriamo il lavoro effettuato contro una pressione esterna a seguito di una reazione chimica: dw = PdV Se dv è piccolo a P è costante Dal primo principio: du = dq PdV (dw a P = costante) Integrando U = q PdV v gs Termodinamica - 61 Lavoro con V = costante dv = 0 U = q v con P = costante V V i f U = q q PdV = P (V V ) = P V p p P V = U+ P V f i Calore assorbito a volume costante U Calore assorbito a pressione costante Funzione di STATO v gs Termodinamica

32 Entalpia Per convenienza definiamo una funzione di stato che deriva dall energia: ENTALPIA (H) tale che: H = U + PV Quindi a P = costante H f H i = (U f U i ) + P(V f V i ) H = U + P V H = q v v gs Termodinamica - 63 P = costante Le reazioni che ci interessano avvengono (quasi) tutte a pressione costante e quindi l entalpia (H) è più usata dell energia interna (U) per descrivere l energia messa in gioco in un processo. v gs Termodinamica

33 Un gas Per i gas esiste una semplice relazione che collega U e H: PV = nrt Se T = costante e P = costante vi può essere una variazione di n: P V = n(rt) H = U + n(rt) In soluzione (V = costante, V = 0, P V = 0) H = U + n(rt) H = U v gs Termodinamica - 65 II principio (Legge) della termodinamica v gs Termodinamica

34 II principio e entropia Il primo principio ci permette di definire il bilancio energetico di un processo, non ci dà nessuna informazione sulla direzione del processo: Calore v gs Termodinamica - 67 II principio e entropia Ciò non avviene (anche se non è proibito dal I principio della termodinamica) Calore v gs Termodinamica

35 Entropia e spontaneità Entropia (S) il grado di disordine di un sistema: Solidi molto ordinati bassa entropia. Gas molto disordinati alta entropia. Liquidi l entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica - 69 Entropia e spontaneità Entropia (S) il grado di disordine di un sistema: Solidi molto ordinati bassa entropia. Gas molto disordinati alta entropia. Liquidi l entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica

36 Entropia e spontaneità Entropia (S) il grado di disordine di un sistema: Solidi molto ordinati bassa entropia. Gas molto disordinati alta entropia. Liquidi l entropia ha un valore intermedio tra quello del solido e quello del gas. v gs Termodinamica - 71 Ordine e disordine Il disordine dell acqua a 0 C è maggiore del disordine del ghiaccio a 0 C, Il disordine del vapor d acqua a 100 C è maggiore del disordine dell acqua liquida a 100 C. v gs Termodinamica

37 L entropia è una grandezza di stato S = S f S i S f = entropia dello stato finale S i = entropia dello stato iniziale v gs Termodinamica - 73 La variazione di entropia è diversa per diversi processi S > 0 la variazione di entropia è positiva (fusione del ghiaccio) S < 0 la variazione di entropia è negativa (congelamento dell acqua o condensazione del vapore) v gs Termodinamica

38 Significato termodinamico La variazione di entropia (ds) di un sistema durante un processo può essere correlata con il calore assorbito dal sistema durante il processo ad una temperatura T ds > dq/t TdS > dq Processo irreversibile ds = dq/t TdS = dq Processo reversibile v gs Termodinamica - 75 Cambiamenti di fase Acqua Ghiaccio 0 C = k Processo reversibile pilotato dal cambio di pressione Acqua Vapore 100 C = k v gs Termodinamica

39 Diagramma di stato dell acqua v gs Termodinamica - 77 Il II principio (Legge) della termodinamica L entropia dell universo ( S univ ) aumenta spontaneamente S univ è invariata in un processo all equilibrio v gs Termodinamica

40 Cosa è S univ? S univ = S sis + S amb S sis la variazione di entropia del sistema. S amb la variazione di entropia dell ambiente. v gs Termodinamica - 79 Come si ottiene S univ? Ci serve una stima sia di S sis che di S amb. Consideriamo la reazione. C(s) + 2H 2 (g) CH 4 (g) La variazione di entropia del sistema è la variazione di entropia della reazione, S. Come calcoliamo S amb? v gs Termodinamica

41 Calcoliamo S amb In un processo esotermico una quota di energia termica è rilasciata nell ambiente! v gs Termodinamica - 81 Calcoliamo S amb In un processo esotermico una quota di energia termica è rilasciata nell ambiente! Una parte dell ambiente viene riscaldata (aumenta l energia cinetica). Aumenta l entropia. v gs Termodinamica

42 Calcoliamo S amb In un processo endotermico una quota di energia termica è assorbita dall ambiente! v gs Termodinamica - 83 Calcoliamo S amb In un processo endotermico una quota di energia termica è rilasciata nell ambiente! Una parte dell ambiente viene raffreddata (diminuisce l energia cinetica). diminuisce l entropia. Per un processo a pressione costante q p = H S amb H amb S amb - H sis v gs Termodinamica

43 Calcoliamo S amb L entropia dell ambiente è calcolata come: S amb = - H sis / T Per una reazione chimica H sis = H S amb = - H / T v gs Termodinamica - 85 Soluzioni Per la dissoluzione di NaCl (solido) in acqua NaCl (s) Na + (aq) + Cl - (aq) Solido cristallino molto ordinato bassa entropia Disordinato e casuale alta entropia Nella formazione di una soluzione si ha SEMPRE un aumento di entropia del sistema v gs Termodinamica

44 Generalizzando Per ogni reazione in fase gassosa (o reazione che coinvolge gas). n g > 0, S > 0 J/(K mole). n g < 0, S < 0 J/(K mole). n g = 0, S 0 J/(K mole). Per reazioni che coinvolgono SOLO liquidi o solidi: Dipende dai valori di entropia delle sostanze. v gs Termodinamica - 87 Valori di S I valori di entropia sono assoluti Gli elementi hanno valori di entropia diversi da ZERO Per esempio H 2 (g) f H = 0 kj/mole (per definizione) S = J/(K mole) v gs Termodinamica

45 Spontaneità Processo spontaneo: S univ = S sis + S amb > 0 J/(K mole) Per una reazione chimica: H sis = H S sis = S S amb = - H / T S univ = S - H / T v gs Termodinamica - 89 Spontaneità T S univ = T S - H oppure -T S univ = -T S + H Il criterio di spontaneità -T S univ < 0 processo spontaneo -T S univ > 0 processo non spontaneo v gs Termodinamica

46 Spontaneità Il valore di T S univ è dato da due parametri della reazione chimica S H Definiamo un parametro che ci dica univocamente se il processo è spontaneo. v gs Termodinamica - 91 Energia libera (Energia di Gibbs) Si definisce la finzione di stato energia libera come: G = H TS Per un processo spontaneo G sys = G f G i G f = Energia libera allo stato finale G i = Energia libera allo stato iniziale Josiah Willard Gibbs v gs Termodinamica

47 Energia libera e spontaneità G sis < 0 - processo spontaneo G sis > 0 - processo non spontaneo (il processo è spontaneo nella direzione inversa) G sis = 0 - il sistema è all equilibrio NB: I valori di energia libera del sistema sono NON-STANDARD v gs Termodinamica - 93 Energia libera di una reazione Come si determina la variazione di energia libera di una reazione chimica? Combustione del metano. CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si definisce: G = Σ n p G f (prodotti) - Σ n r G f (reagenti) G f = energia libera di formazione della sostanza v gs Termodinamica

48 Energia libera di una reazione Combustione del metano 1 CH 4 (g) + 2 O 2 (g) 1 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) G = Σ n p f G (prodotti) - Σ n r G f (reagenti) G = 2 G f [H 2 O(l)] + 1 G f [CO 2 (g)] - (2 G f [O 2 (g)] + 1 G f [CH 4 (g)] ) v gs Termodinamica - 95 G G f (elemento) = 0 kj / mole. v gs Termodinamica

49 III principio (Legge) della termodinamica v gs Termodinamica - 97 Il III principio (Legge) della termodinamica L Entropia descrive il grado di disordine del sistema. L Entropia è proporzionale alla temperatura assoluta. Raffreddando un sistema si diminuisce il disordine. L Entropia di un cristallo perfetto a 0 K (zero assoluto) è 0 JK -1 mole -1 v gs Termodinamica

50 Applicazioni di G Il valore di G ci permette di determinare in quale direzione fluisce spontaneamente un processo. Il G è fatto di due contributi: Entropia ( S) Entalpia ( H) G = H - T S v gs Termodinamica - 99 Spontaneità Un processo procede fino a che: dq ds > T dq < ds T v gs Termodinamica

51 Spontaneità A P = costante e T = costante un processo è SPONTANEO se: dq < ds T dq = dh dh < T ds dh T ds < 0 v gs Termodinamica Spontaneità Se il processo è spontaneo il termine dh TdS è negativo Questo termine corrisponde ad una grandezza che mi dice quanto spontaneo è il processo (energia libera; dg) dg = dh - TdS v gs Termodinamica

52 Spontaneità Quindi un processo avviene se e solo se: G < 0 G f < G i E procede fino a che si raggiunge l equilibrio dove: dq = TdS E dove, a P e T costanti: dh = TdS G = 0 v gs Termodinamica Equilibrio All equilibrio: Quindi: dg = dh TdS = 0 Un processo avviene a T costante e P costante fino a che il cambiamento di G è negativo, quando G=0 il processo raggiunge l equilibrio. v gs Termodinamica

53 G = H - T S Processo spontaneo: G < 0 Processo all equilibrio: G = 0 Processo inverso spontaneo: G > 0 univ S = sys S + surr S > 0 J/(K mole) Per una reazione chimica: H sis = H S sis = S S amb = - H / T S univ = S - H / T v gs Termodinamica Spontaneità e temperatura H S G + + < 0 ad alta temperatura + - > 0 a tutte le temperature - + < 0 a tutte le temperature - - < 0 a bassa temperatura v gs Termodinamica

54 G e costante di equilibrio G < 0 spontaneo in condizioni standard G > 0 non spontaneo in condizioni standard v gs Termodinamica In una reazione chimica K A + B C + D [C] [D] Q = [A] [B] eq = [C] [A] eq eq [D] [B] eq eq Relazioni tra Q and K eq Q < K eq - la reazione procede verso destra (in avanti) Q > K eq - la reazione procede verso sinistra (indietro) Q = K - la reazione è all equilibrio v gs Termodinamica

55 G e G G vale solo per le condizioni standard (P = 1 atm; T = 25 C) Per condizioni non standard ( G) G < 0 la reazione procede verso destra (in avanti) G > 0 la reazione procede verso sinistra (indietro) G = 0 la reazione è all equilibrio v gs Termodinamica K eq e G G = G + RT ln Q G = 0 sistema all equilibrio 0 = G + RT ln Q(eq) G = -RT ln K eq v gs Termodinamica

56 I principi 0 La Temperatura descrive il grado di agitazione delle molecole I. L energia nell universo è costante II. L entropia dell universo aumenta spontaneamente III. L Entropia di un cristallo perfetto a 0 K (zero assoluto) è 0 JK -1 mole -1 v gs Termodinamica Contatti giorgio.sartor@unibo.it Sito web: Materiale didattico: v gs Termodinamica