Fenomeni chimici e fisici irreversiili omellini Sommrio - Poenzili ermodinmici - Irreversiilià, lvoro, energi lier - Euilirio in sisemi più componeni - Il fenomeno dell osmosi - rezioni chimiche - Pile - celle comusiile
Processo Reversiile Sisem Amiene Un processo reversiile è le che, ll conclusione del processo, si il sisem che l miene possono essere ripori nei rispeivi si inizili senz che veng prodoo lcun cmimeno nello so del reso dell universo reso dell universo Un processo che non soddisf le reuisio è deo irreversiile Non è possiile lcun processo il cui unico risulo si l rsformzione in lvoro di clore ro d un sorgene emperur uniforme Lord Kelvin
Irreversiilià meccnic esern Agizione di un fluido viscoso in cono con un seroio di clore SC Iseresi mgneic di un merile in cono con un SC rsporo di correne in un resisenz in cono con un SC So szionrio L U Q L Q L Q Q L
Irreversiilià in Chimic-Fisic Formzione di sosnze chimiche rezioni chimiche escolmeno di differeni sosnze Cmimeni dello so di ggregzione fse rsporo di meri: - osmosi - diffusione e migrzione
Irreversiilià, energi lier e lvoro L> Sisem L< du Q L I principio Sisem chiuso Q> V,, ni Q< ds Q II principio ds Sisem isolo legge umeno enropi U U S, V, n,, nn Energi inern H S, P, n,, nn U PV Enlpi F, V, n, n,, nn U S G, P, n,, nn H S U PV S Energi lier di Helmholz Energi lier di Gis
I principio du Q L Q PdV L u Lvoro uile I e II principio G U PV S dg P du ds PdV, du d PV d S dg df P, V, L L u u L u i Sisem G f G i f Sisem L u Amiene rsformzione sponne dg P, L u df V, Sisem i G f G i Sisem in euilirio: G = In un rsformzione irreversiile G < f Sisem Amiene Sisem in euilirio: minimo di G
U E U E ; Condizione di euilirio in sisemi con più componeni in ssenz di rezioni chimiche cos cos n n n n cos V V V cos E E E n n n n U U U,,, PdV ds du n U n U dv V U ds S U du n n V S U dv P du ds
ds ds ds dv P dv P du du ds dv dv dv dv dv ; du du
dv P P du ds dv P P du ds
; ;, P P Condizioni di euilirio i i i ; Poenzile elerochimico sisem V V V V V i i i i c d d L r r F i i L V i x
Alcuni esempi di sisemi fisici e chimici in euilirio - giunzione e/e ; ello/semiconduore e e F e F, e e E F, Euilirio gs di eleroni e, e, e, e e, e e, e, F, F, e e e + + + - - - e F, F, F, e e E F,
E F, e/e E - + F, F, ex x F, E F, e/semiconduore n BC e BV e, E F, e - + ex BC BV e, e, e, e x
Euilirio r soluzioni: pressione osmoic Soluo Solvee neuro emrn semipermeile rigid solvene solvene solvene solvene solvene Fse : solvene puro; Fse : soluzione solvene solvene Solvene puro G P,, N U PV S P, N P, G N Solvene in soluzione G P,, N N, N U PV S P,, X N P,, X X N N N frzione molre X X
N N S conf k lnw W N N! N! N! G P,, X P,, X N S N conf ln! ln solvene P,, X P,, X k ln X
Euilirio solvene solvene solvene P, P, k solvene ln X solvene =cosne, X=cosne l euilirio è possiile solo se P P P P solvene P, P, k solvene ln X solvene
V G P P, N solvene solvene P P k ln X solvene P P P solvene solvene P k k P P ln X solvene ln X soluo solv solv X soluo Pressione osmoic P P solv kx soluo X soluo N N soluo solvene N solvene solv kn soluo V N soluo k
Il rggiungimeno dell euilirio: ovvero solvene solvene =P-P > P P solvene solvene P P solvene solvene G rsferisco mole di solvene dll fse g A B g h
g A h/ h h/ F i F f F F f F i Agh A E p h / Ag xdx Agh 4 x dx de p mgdx Axgdx
,, x c D x c Dl Rndom wlk ll diffusione chimic,, x P D x P z x y n,, n V x c V x P z x y V - L singol pricell effeu un rndom wlk - Sisem invrine per rslzione sul pino x=cosne II legge di Fick L euzione del Rndom wlk descrive il sisem sisico con n pricelle Le pricelle sono non-inergeni
x x c D J,,, x c D x c I legge di Fick c x J Euzioni di rsporo generlizze Pricelle non-inergeni, = e/o E= g mg ezzo viscoso Rggiungimeno velocià limie s mg m mg c c J s s s s c A Ac J forz concenrzione A
J B c i i i x i i i J i B c i i i x i E B i = moilià E oppure pricelle non-inergeni k lnc J Bk c x B D k E µ x J BcE Legge di Ohm J Bc J cric E E = conduciilià c D k Euzione di Nerns-Einsein
solvene solvene s s z k cd dx d k cd J soluo s soluo s solvene soluo solvene s kx gx z k D kx P P z k D d dx P kx P z k cd d dx ca A J ' ' ' P P gx / e h x g h gd s zk x P P J z z D X h x s s
Pressione Osmoic: memrne vegeli
cm
C u SO 4 4 5 7 cm 35 3 4 5 6 /h
NCl h/mm 4 8 cm 6 3 4 /h
dh/d mm/h 6 NCl 8 =39 C 4 5 5 5 X
Pressione Osmoic: memrn di Cellophne z 4 m
6 h/mm sccrosio 8 4 3 /h 4 5
h/mm 8 sccrosio dh/d /mm/h 5 4 6 3 4 5 5 5 3 /h 5 5 5 3 h h X sd z s dh/d /mm/h 5 4 dh d D z s X s 3 mm/h z 4m D s -8 cm s - -3-3 3-3 4-3 5-3 X s
= Rezioni chimiche = O O H i f H O H H O HO H O HO Euilirio r 3 componeni dg HO O H HO dg HO O H HO Affinià A > A A Legge di zione di mss
Pile elerochimiche V ',, e e Ve solido soluz e solido soluz e,, e e e e e I I,, e e Ve liuido euipoenzile II A B V + + L II A B
A A FV Euzione di Nerns V A V fem: misur eleromeric I F pil dle dl e Vd A d F A dg G regeni dl e dg prodoi
d G d Cu + - Zn Cu + - Zn Cu + Zn + Cu + Zn + Cu + Zn + Cu + Zn + Pil Dniell Cell di elerolisi Cu + +e Cu Zn + +e Zn E =+34V E = -76V fem=v =3V
Elerolii solidi E # D D e E # / k ZrO O - V O
P O > P O O O O +4e O - O- O +4e O - + Eleroli solido - V A A O 4F O P O P V - - O - O - O e V 4F - O A 4F A e dg dl e Vd dg dl e
Celle comusiile O +4e O - O H O - + Eleroli solido - H + O - H O+4e V H + O G H O O -
Spce shule H +/O H O Energi eleric ed cu sono fornie medine 3 celle comusiile kw ; peso di 3 kg Energi eleric
Celle comusiile Energi Chimic Clore Energi meccnic Energi eleric Energi Chimic Energi eleric C + O CO L G H S Q H H S H Efficienz: 8-9% G H
Resisenz Pil so szionrio: P,, N cosni U res S res pil Q Q Am, Am, G Q L e H pil L e Q S m, S Q L e Q L e m, S m S, pil S ole S m, S pil Sres Sm, Sm,
Iseresi mgneic 3 < < < H < A < L=A +A H c H A < 3 H c dl Hd L Hd Hd 3 Hd L Hd Hd Hd Hd Hd Hd A H d A A
Per l pil: S m S, pil pil Q Q Am, Am, Per il merile mgneico iseresi iniz = finle = CICLO S m U m mg mg U m mg Q m mg L L -Q Q mmg S ole S Q L Am,