BIOLOGIA A. A CHIMICA

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "BIOLOGIA A. A CHIMICA"

Corrado Saverio Contini
6 anni fa
Visualizzazioni

1 Laurea triennale in BIOLOGIA A. A CHIMICA Lezioni di Chiica Fisica Energia libera di Gibbs Prof. Antonio Toffoletti 1

2 Chiica Fisica per Biologia A.A Cioè: Alcune equazioni della lezione precedente S S sistea Moltiplicando abo i ebri per -T: H T (ovviaente del sistea) T S T S sistea + H Essendo T un nuero positivo, la seconda legge dice che un processo è spontaneo se -T S<0, cioè H T S sistea 0 2

3 Si definisce la funzione di stato Energia libera di Gibbs G (talvolta detta Energia Libera) : G H TS In un processo spontaneo a T e P costanti: H T S < 0 Chiica Fisica per Biologia - A.A in un processo spontaneo a T e P costanti l energia di Gibbs diinuisce e raggiunge un inio all equilibrio. 3

4 L energia libera contiene sia un contributo entalpico che entropico e definisce il criterio di spontaneità di un processo H T S < 0 H S Chiica Fisica per Biologia - A.A < 0 ad alta teperatura - - < 0 a bassa teperatura - + < 0 sepre + - < 0 ai 4

5 La variazione di energia di Gibbs può essere essa in relazione con il lavoro assio ottenibile dal sistea, escluso quello contro la pressione esterna ( lavoro assio non di espansione ), in una trasforazione a T e P costante: Dalla definizione di entalpia: Quindi: dh du TdS dh du + + pdv TdS PdV Chiica Fisica per Biologia - A.A Dal prio principio: du dw + dq Quindi: dw + dq + pdv TdS 5

6 Il lavoro sul sistea è la soa del lavoro di espansione e del lavoro di altro tipo : Quindi: dw dw espansione + ext + dw' p dv dw' pextdv + dw' + dq + pdv TdS Se il processo avviene in odo reversibile, p ext p e quindi si annullano i due terini riferiti al lavoro di espansione. Chiica Fisica per Biologia - A.A dw' + dq TdS Secondo il secondo principio, in condizioni reversibili : ds dq T rev 6

7 da cui: dw' 0 ' dw in trasforazioni irreversibili il lavoro fatto dal sistea è inferiore al lavoro reversibile, quindi: Chiica Fisica per Biologia - A.A dw' ax 7

8 Energia libera di reazione standard Per una reazione chiica sono già state definite l entalpia H e l entropia S di reazione standard. La loro cobinazione è l energia libera di reazione standard: 0 H 0 T S, analogaente a H, si può calcolare per una generica reazione, a partire dalle energie libere di forazione standard dei reagenti e dei prodotti 0 Chiica Fisica per Biologia - A.A o o ν ( i) i f Dove i coefficienti stechioetrici sono positivi per i prodotti e negativi per i reagenti. 8

9 L energia libera è una grandezza estensiva: G G ( n, T, p ) n G ( T, p ( T, p ) G ( T, p, n ) n 1 : energia ) libera olare Chiica Fisica per Biologia - A.A L energia libera olare G è detta anche potenziale chiico e spesso viene indicata con il sibolo µ G ( n, T, p ) n µ ( T, p ) Qual è la dipendenza dell energia libera dalle variabili di stato indipendenti? 9

10 Variazione della energia di Gibbs con la pressione (a teperatura costante) Che si ricava nel odo seguente: VdP Per una variazione infinitesia dello stato di un sistea, la variazione della energia di Gibbs è Chiica Fisica per Biologia - A.A dh TdS SdT la variazione della entalpia è dh du + PdV + VdP e la variazione della energia interna è data dal prio principio: du dq + dw 10

11 Per processi reversibili dqtds e dw-pdv. Sostituendo nelle precedenti relazioni: TdS VdP PdV SdT + PdV + VdP TdS SdT (Per processi irreversibili, il percorso cabia a il punto finale è lo stesso, quindi vale la stessa variazione di G) Chiica Fisica per Biologia - A.A Se si assue Tcostante: VdP o, per le corrispondenti grandezze olari (G G/n e V V/n): V dp 11

12 Per variazioni finite, assuendo che il volue olare sia costante: V P Essendo V un nuero positivo, si ricava che: P > 0 G > 0 Chiica Fisica per Biologia - A.A

13 Per un gas ideale: V dp Equazione di stato per gas ideale Quindi l integrale diventa: V p2 p1 RT P p2 p1 V RT P dp dp RT p2 p1 1 P dp RT ln P P 2 1 Chiica Fisica per Biologia - A.A Che si può scrivere: G P 2 ln P 2 ( P ) G ( ) + P1 RT 1 13

14 Per un gas V è olto aggiore che per un liquido o un solido: la variazione di G con la pressione è olto aggiore nei gas che nei liquidi o solidi. V P Chiica Fisica per Biologia - A.A A bassa pressione lo stato gassoso di una sostanza può essere più stabile dello stato solido o liquido 14

15 Variazione di G con la teperatura Si era ricavato pria che A pressione costante, dp0: SdT VdP SdT SdT Chiica Fisica per Biologia - A.A Per variazioni finite: S T E per grandezze olari S T 15

16 Essendo S sepre positiva (terzo principio) si vede che un auento di teperatura causa una diinuzione di energia di Gibbs S T > 0 G < 0 T Si osserva sepre che S (g)>s (l)>s (s) Chiica Fisica per Biologia - A.A G gas solido liquido T A bassa teperatura G (s)<g (l), G (g) 16

Documenti analoghi

BIOLOGIA A. A CHIMICA

BIOLOGIA A. A CHIMICA Laurea triennale in BIOLOGIA A. A. 3-4 4 CHIMICA Lezioni di Chiica Fisica Principio e 3 3 Principio Prof. Antonio offoletti Alcune equazioni della lezione precedente Reazione chiica scritta in fora generale