Capitolo 1 Prima legge 1

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Costanza Poletti
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1 Indice Capitolo 1 Prima legge Sistema e ambiente Scambi di energia Energia di un sistema Energia come funzione di stato Lavoro Sistema chiuso Notazione Proprietà intensive e estensive Sistema aperto Entalpia Stato stazionario Capacità termica a volume costante Capacità termica a pressione costante Flusso adiabatico attraverso una valvola: espansione di Joule-Thomson Equazione di stato Gas non ideali Compressione e espansione adiabatica Entalpie di formazione Variazione di entalpia in reazioni chimiche Variazione della temperatura adiabatica in reazioni chimiche 32 Riferimenti Bibliografici 36 Problemi 36 ix

2 x Indice ISBN Capitolo 2 Seconda legge Entropia come funzione di stato Non conservabilità dell entropia Bilancio di entropia nei sistemi aperti Sistemi adiabatici, reversibili, allo stato stazionario Macchine termiche Rappresentazione grafica Frigoriferi Pompe di calore Variazioni di entropia Variazioni di entropia nelle reazioni chimiche e terza legge 57 Riferimenti Bibliografici 59 Problemi 60 Capitolo 3 Relazioni tra grandezze Relazione tra grandezze Le funzioni F e G Potenziali chimici Grandezze parziali molari Relazioni tra grandezze derivate da U, H, F e G Gas ideale Entropia di miscela Capacità termica Variazione della capacità termica Relazione pressione-temperatura a entropia costante Compressione isoentropica dei solidi Effetto termoelastico Compressibilità Effetti magnetici 87 Riferimenti Bibliografici 91 Problemi 91 Capitolo 4 Equilibrio Condizione di equilibrio Equazione barometrica Equilibri di fase Caso speciale: sistema chiuso, volume costante Transizioni del primo ordine: variazione della pressione di equilibrio con la temperatura L equazione di Clapeyron nel caso di equilibri con fase vapore 104

3 ISBN Indice xi 4.7 Variazione della pressione di vapore di una fase condensata con pressione totale applicata Variazione della pressione di vapore con particelle nella dimensione di granuli Transizioni del secondo ordine Superconduttività: un esempio 111 Riferimenti Bibliografici 113 Problemi 113 Capitolo 5 Equilibrio chimico Attività termodinamica Equilibrio chimico Equilibrio gassoso Equilibrio solido-vapore Fonti di informazione sui G Diagrammi di Ellingham Variazione della costante di equilibrio con la temperatura Solubilità dei gas nei metalli (legge di Sievert) Equilibrio chimico e temperatura adiabatica di fiamma 137 Riferimenti Bibliografici 141 Problemi 141 Capitolo 6 Elettrochimica Cella elettrochimica Nomenclatura Calcolo della tensione di cella Direzione della reazione Reazioni di semi-cella Dipendenza della tensione dalla concentrazione: equazione di Nernst Diagrammi di Pourbaix Pile di concentrazione Determinazione della pressione d ossigeno Dipendenza della tensione dalla temperatura Potenziale elettrochimico 160 Riferimenti Bibliografici 161 Problemi 161

4 xii Indice ISBN Capitolo 7 Soluzioni Attività termodinamica Grandezze parziali molari Grandezze parziali molari relative Entropia di miscela: soluzione ideale Entalpia di miscela: soluzione ideale Rappresentazione grafica Soluzioni non ideali Relazione di Gibbs-Duhem Soluzioni diluite e proprietà colligative Integrazione dell equazione di Gibbs-Duhem Soluzioni regolari Soluzioni regolari: interpretazione atomistica Soluzioni polimeriche Pressione osmotica 190 Riferimenti Bibliografici 193 Problemi 193 Capitolo 8 Regola delle fasi Fasi Componenti Caratterizzazione di un sistema Condizioni di equilibrio Regola delle fasi di Gibbs Sistemi a un componente Esempi Regola delle fasi per sistemi condensati 202 Problemi 202 Capitolo 9 Diagrammi di stato Abbassamento del punto di congelamento Regola della leva Diagrammi eutettici semplici Curve di raffreddamento Miscibilità completa Immiscibilità Punti spinodali Diagrammi di stato peritettici Composti Diagrammi ternari 221

5 ISBN Indice xiii Riferimenti Bibliografici 230 Problemi 230 Capitolo 10 Termodinamica statistica Velocità media delle molecole di un gas Macrostati e microstati Sistemi isolati e ipotesi di Boltzmann La terza legge Sistemi a temperatura costante Informazione e entropia Distribuzione di Boltzmann Degenerazione Funzione di partizione Distinguibilità delle particelle Gas ideale Distribuzione di Maxwell-Boltzmann: gas ideale Distribuzione di Fermi-Dirac Capacità termica dei solidi Distribuzione del peso molecolare nei polimeri Entropia di miscelazione nelle soluzioni polimeriche 276 Riferimenti Bibliografici 280 Appendice 10.A: dimostrazione che β=1/kt 280 Problemi 281 Appendice A Nozioni di base 285 Unità 285 A.1 Lunghezza 286 A.2 Massa e quantità di materia 286 A.3 Tempo 286 A.4 Corrente elettrica 287 A.5 Temperatura 287 A.6 Forza 288 A.7 Pressione 288 A.8 Volume 288 A.9 Energia 288 A.10 Potenza 289 A.11 Composizione 289 A.12 Verifica delle unità 290 Nozioni matematiche 291 A.13 Logaritmi 291 A.14 Differenziali 291 A.15 Derivate parziali 292 A.16 Differenziale totale 293 A.17 Fattoriale 293

6 xiv Indice ISBN A.18 Funzioni omogenee 293 A.19 Metodo di Lagrange dei moltiplicatori indeterminati 294 Esercizi sulla conversione delle unità 297 Indice analitico 299

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