6. La Termochimica• Energia, Calore

- processi esotermici ed endotermici• Entalpia

- i passaggi di stato

- l’entalpia di reazione e l’entalpia di reazione standard

- la legge di Hess• Entalpia Standard di Combustione• Entalpia Standard di Reazione• Esercizi

Energia - CaloreDef. Definiamo ENERGIA la capacità di compiere un lavoro o fornire calore.TERMOCHIMICA

LEGGE DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIAL’energia non si crea, né si distrugge, ma può essere convertita da una

forma all’altra e/o trasferita di luogo in luogo.

ambiente

sistema

universo

sist

ema

energia

energia

energia

ambiente

GRANDEZZA ESTENSIVAdipende dalle dimensioni

del sistema. ENERGIA

GRANDEZZA INTENSIVAnon dipende dalle dimensionidel sistema. TEMPERATURA

Processi Esotermici ed EndotermiciDef. Le REAZIONI ESOTERMICHE sono accompagnate da liberazione di calore dal sistema.Def. Le REAZIONI ENDOTERMICHE sono accompagnate da assorbimento di calore dal sistema.

ENERGIA(CALORE)

JOULE, JCALORIA, cal

1 cal = 4.184 J

Def. Si definisce CAPACITÀ TERMICA la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di un determinato oggetto.

1CJ T di incremento

scambiato caloretermica capacità

Calore

pri

ma

do

po

tem

per

atu

ra

pri

ma

do

po

tem

per

atu

ra

Calore

massatermica capacità

specifico calore estensivaintensiva

L’EntalpiaDef. ENTALPIA, H. È il calore che il sistema libera o assorbe a pressione costante.

208 kJ

208 kJ

energiacomecalore

entalpia

entalpia

entalpia100 kJ

entalpia

100 kJenergiacomecalore

L’Entalpia è una GRANDEZZA DI STATO

IL VALORE DELLE GRANDEZZE DI STATO DIPENDE DALLO STATO DEL SISTEMA, MA NON DAL MODO IN CUI TALE STATO È RAGGIUNTO.

L’Entalpia

B

A

Alt

itu

din

e

B

A

HEn

talp

ia

H = Hfin - Hin

calore calore

H > 0 H < 0

I Passaggi di Stato

SOLIDO

FA>FT, hanno volume e forma

propri

LIQUIDO

FAFT, hanno volume proprio, forma del

recipiente

VAPORE E GAS

FA<FT, non hanno né volume né forma propri

FUSIONE

SOLIDIFICAZIONE

CONDENSAZIONE

VAPORIZZAZIONE

SUBLIMAZIONE

BRINAMENTO

I Passaggi di Stato

Hvap = Hvap - Hliq

ENTALPIA DIVAPORIZZAZIONE

Hvap = +40.7 kJ

ENTALPIA DIFUSIONE

Hfus = Hliq - Hsolido Hfus = +6.0 kJENTALPIA DI

SUBLIMAZIONE

Hsubl = Hfus + Hvap

Hsubl = +46.7 kJ

H(processo inverso) = -H(processo diretto)

SOLIDO LIQUIDO

VAPORE E GAS

FUSIONE

VAPORIZZAZIONESUBLIMAZIONE

SOLIDIFICAZIONE

CONDENSAZIONEBRINAMENTO

I Passaggi di Stato

L’Entalpia di Reazione

CH4(g)

2O2(g)

)l(OH2)g(CO)g(O2)g(CH 2224

calore

890 kJ

)l(OH2)g(CO)g(O2)g(CH 2224 kJ 890HEQUAZIONE

TERMOCHIMICA

Def. Definiamo ENTALPIA DI REAZIONE la variazione di entalpia che accompagna una determinata reazione chimica.

O(l)4H(g)CO2(g)4O(g)2CH 2224 kJ 1780H 2x

(g)O2(g)CHO(l)2H(g)CO 2422 kJ 890H

H(processo inverso) = -H(processo diretto)

L’Entalpia di Reazione Standard)l(OH2)g(CO)g(O2)g(CH 2224 kJ 890H

O(g)2H(g)CO(g)2O(g)CH 2224 kJ 802H

(g)2O(g)CH 24

O(g)2H(g)CO 22

O(l)2H(g)CO 22

802 kJ

890 kJ

88 kJ

En

talp

ia

T = 25°C

Hvap = 44 kJ∙mol-1

Def. Chiamiamo STATO STANDARD dei reagenti e dei prodotti quando si trovano nella loro forma pura alla pressione di 1 atm.

Def. Definiamo ENTALPIA DI REAZIONE STANDARD, H0, la variazione di entalpia associata alla reazione dei reagenti nel proprio stato standard, dai quali si ottengono prodotti nel proprio stato standard.

)l(OH2)g(CO)g(O2)g(CH 2224 kJ 8900 HP = 1 atm

T = 298.15 K

La Legge di HessH(processo inverso) = -H(processo diretto) Hsubl = Hfus + Hvap

kJ2808 (l)6O(aq)OHCO(l)6H(g)6CO

kJ2808 O(l)6H(g)6CO(l)6O(aq)OHC0

2612622

0

2226126

H

H

La LEGGE DI HESS dice che L’ENTALPIA DI REAZIONE COMPLESSIVA È LA SOMMA DELLE ENTALPIE DI REAZIONE RELATIVE AI SINGOLI STADI NEI QUALI SI PUÒ SUDDIVIDERE LA REAZIONE, ANCHE SE CIÒ FOSSE SOLAMENTE TEORICO.

reagenti

En

talp

ia

prodotti

1

32

vari

azio

ne

co

mp

less

iva

kJ 5.933 (g)CO(g)OC(s)

kJ 0.832 (g)CO(g)O21

CO(g)

kJ 110.5 CO(g)(g)O21

C(s)

0

22

0

22

0

2

H

H

H

)g(CO)g(O)s(C 22

L’Entalpia Standard di CombustioneDef. L’ENTALPIA STANDARD DI COMBUSTIONE, , è la variazione di entalpia a mole di sostanza quando questa reagisce completamente con l’ossigeno in condizioni standard.

0

cH

kJ 1368 O(l)3H(g)2CO(g)3OOH(l)HC 0

22252 cH

ESERCIZIO Calcolare la massa di butano necessaria per ottenere 350 kJ, il calore sufficiente per portare 1L di acqua dalla temperatura ordinaria ad ebollizione al livello del mare.

Dalle tabelle kJ 2220 O(l)4H(g)3CO(g)5O(g)HC 0

22283 cH

Dall’equazione termochimica 1mol C3H8 produce 2220 kJ

Massa Molare(C3H8) = 44.09 g∙mol-1

83

18383

HC g 6.95

molg 09.44kJ 2220

HC mol 1350kJnecessaria HC di Massa

Def. Si chiama ENTALPIA SPECIFICA la variazione di entalpia riferita ad 1g di combustibile bruciato.

Def. Si chiama DENSITÀ DI ENTALPIA la variazione di entalpia riferita ad 1L di combustibile bruciato.

L’Entalpia Standard di FormazioneDef. L’ENTALPIA STANDARD DI FORMAZIONE, , è l’entalpia standard di reazione relativa alla formazione della sostanza dai suoi elementi considerati nella loro forma più stabile.

0

fH

kJ 69.277

kJ 38.553 OH(l)HC2(g)O(g)6H4C(s)0

f

0

5222

H

H 2 mol

L’entalpia standard di formazione di un elemento nella sua forma più stabile è zero.

kJ 0 grafite) C(s,grafite) C(s, 0

f H

L’entalpia standard di formazione di un elemento nella sua forma più stabile è zero.

kJ 9.1 diamante) C(s,grafite) C(s, 0

f H

Le entalpie standard di formazione si possono combinare per ricavare l’entalpia standard di una reazione qualsiasi.

(reagenti)(prodotti) 0

f

0

f

0

in

0

fin

0 HnHnHHH

L’Entalpia Standard di Formazione

(reagenti)(prodotti) 0

f

0

f

0

in

0

fin

0

HnHn

HHHE

nta

lpia

reagenti

elementi

prodotti

Entalpia direazione

Fo

rma

zio

ne

de

i re

ag

en

ti

Fo

rma

zio

ne

de

i p

rod

ott

i

O(l)6H(g)12CO(g)15O(l)H2C 22266

kJ 10.6437

)molkJ 83.285()mol 6(

)molkJ 51.393()mol 12(

l) O,H()mol 6(g) ,CO()mol 12(

(prodotti)

1

1

2

0

f2

0

f

0

f

HH

n

kJ 0.98

)molkJ 0()mol 15(

)molkJ 0.49()mol 2(

g) ,O()mol 15(l) ,HC()mol 2(

(reagenti)

1

1

2

0

f66

0

f

0

f

HH

n

kJ 1.6535

kJ) 98.0(kJ) 10.6437(0

H

10

c molkJ 6.3267mol 2

kJ 1.6535

H

Esercizi