Termodinamica Chimica TermochimicaTermochimica Universita degli Studi dellInsubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale [email protected]

Termodinamica Termodinamica ChimicaChimica

TermochimicaTermochimicaTermochimicaTermochimica

Universita’ degli Studi dell’Insubria Universita’ degli Studi dell’Insubria Corsi di Laurea in Scienze Corsi di Laurea in Scienze

Chimiche e Chimica IndustrialeChimiche e Chimica Industriale

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© Dario Bressanini 2


EntalpiaEntalpia

L’Entalpia è una L’Entalpia è una funzione di statofunzione di stato, dipende , dipende

solo dallo stato iniziale e da quello finalesolo dallo stato iniziale e da quello finale

A pressione costante, il A pressione costante, il HH di un processo, o di un processo, o

calore di reazionecalore di reazione, è pari al calore , è pari al calore

scambiato.scambiato.

H < 0H < 0 : processo : processo esotermicoesotermico

H > 0H > 0 : processo : processo endotermicoendotermico

H = U + H = U + ppVV


Processi Esotermici ed Processi Esotermici ed EndotermiciEndotermici


Reazioni EsotermicheReazioni Esotermiche


NHNH44CrCr22OO77(s)(s) CrCr22OO33(s) + N(s) + N22(g) + 4H(g) + 4H22O(g) O(g)


EntalpiaEntalpia

HHAABB = = HHBBAA

HH22O(g) O(g) H H22(g) + (g) + 11//22 O O22(g)(g) H = +241.8 kJH = +241.8 kJ

HH22(g) + (g) + 11//22 O O22(g) (g) H H22O(g)O(g) H = H = 241.8 kJ241.8 kJ


EntalpiaEntalpia

Il Il H è proporzionale alla quantità di H è proporzionale alla quantità di sostanza.sostanza.

HH22O(g) O(g) H H22(g) + (g) + 11//22 O O22(g)(g) H = +241.8 kJH = +241.8 kJ

2 H2 H22O(g) O(g) 2 H 2 H22(g) + 1 O(g) + 1 O22(g)(g) H = +483.6 kJH = +483.6 kJ


EntalpiaEntalpia

La La fasefase dei reagenti e dei prodotti è dei reagenti e dei prodotti è importanteimportante

HH22O(g) O(g) H H22(g) + (g) + 11//22 O O22(g) (g) H = +241.8 kJH = +241.8 kJ

HH22O(l) O(l) H H22(g) + (g) + 11//22 O O22(g)(g) H = +285.8 kJH = +285.8 kJ

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H eH eEE

Se il cambiamento di volume è molto piccolo:Se il cambiamento di volume è molto piccolo:

H = H = U + U + ppVV

A pressione costanteA pressione costante

ppV V 0 0 H H UU

Variazioni di Variazioni di Entalpia StandardEntalpia Standard

Variazioni di Variazioni di Entalpia StandardEntalpia Standard

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Stati StandardStati Standard

E’ comodo considerare le variazioni di E’ comodo considerare le variazioni di entalpia di un processo, riferite ad un entalpia di un processo, riferite ad un insieme di condizioni standard.insieme di condizioni standard.

Si e’ deciso di considerare una pressione Si e’ deciso di considerare una pressione standard di standard di 1 bar1 bar. Mentre per la . Mentre per la temperatura temperatura NONNON si è fissato uno standard, si è fissato uno standard, ma convenzionalmente si usa ma convenzionalmente si usa 25 °C25 °C (298.15 K)(298.15 K)

Lo Lo stato standardstato standard di una sostanza ad una di una sostanza ad una certa temperatura, è la sua forma pura alla certa temperatura, è la sua forma pura alla pressione di pressione di 1 bar1 bar


Stati Standard e Stati Standard e HH Standard Standard

Ad esempio, lo stato standard dell’etanolo Ad esempio, lo stato standard dell’etanolo a 298 K è a 298 K è etanolo liquido puro a 298 K e 1 etanolo liquido puro a 298 K e 1 barbar..

Lo stato standard del ferro a 500 K è Lo stato standard del ferro a 500 K è ferro ferro puro solido ad 1 barpuro solido ad 1 bar..

Si deve considerare la fase più stabile.Si deve considerare la fase più stabile. Una variazione di entalpia standard, è il Una variazione di entalpia standard, è il HH

di un processo dove sia lo stato iniziale che di un processo dove sia lo stato iniziale che quello finale sono stati standard.quello finale sono stati standard.


HH Standard Standard

tipotipoHH

Reagenti e Reagenti e prodotti in stati prodotti in stati standard: 1 bar standard: 1 bar

e 25 °Ce 25 °C

Tipo di Tipo di ProcessoProcesso

HH22O(l) O(l) H H22O(g) O(g)

vapvapHH°° (373 K) = +44 kJ mol (373 K) = +44 kJ mol-1-1


Cambiamenti di FaseCambiamenti di Fase

sublsublHH° ° = = fusfusHH°° + + vapvapHH° °

GasGas

LiquidiLiquidi

SolidiSolidi

CondensazioneCondensazioneo Liquefazioneo Liquefazione

VaporizzazioneVaporizzazione

SolidificazioneSolidificazione

FusioneFusione

SublimazioneSublimazione

SublimazioneSublimazione SublimazioneSublimazione

SublimazioneSublimazione

subsubH°H°vapvapH°H°

--vapvapH°H°

--subsubH°H°

fusfusH°H°

--fusfusH°H°


Altri Altri HH Standard Standard

Combustione Combustione ccH°H°

Ionizzazione Ionizzazione ionionH°H°

Idratazione Idratazione hydhydH°H°

Miscelazione Miscelazione mixmixH°H°

E altri…E altri…vedivedi tabella 2.4 atkins tabella 2.4 atkins

Il Il H° delle transizioni di fase è comodo H° delle transizioni di fase è comodo riportarlo alla temperatura a cui avviene la riportarlo alla temperatura a cui avviene la transizionetransizione


MisteroMistero

Dottor Holmes, Dottor Holmes, come funzionano le come funzionano le confezioni di confezioni di freddofreddo e e caldocaldo istantaneoistantaneo? ?

Watson:Watson:

HH , mio caro , mio caro

Watson Watson !!! !!!

Sherlock Holmes:Sherlock Holmes:


Elementare WatsonElementare Watson

L’acetato di sodio ha un L’acetato di sodio ha un solsolH°H° positivopositivo NaCHNaCH33COCO22 (s) + (s) + calorecalore Na Na++(aq) + CH(aq) + CH33COCO22

--(aq)(aq)

Quindi la Quindi la formazione di formazione di acetato di sodio acetato di sodio solido dai suoi solido dai suoi ioni e’ una ioni e’ una reazione reazione esotermicaesotermica


Entalpia di CombustioneEntalpia di Combustione

L’entalpia standard di combustione L’entalpia standard di combustione ccH°H° è è

l’entalpia standard per una ossidazione l’entalpia standard per una ossidazione completa con completa con OO22(g)(g) di un composto di un composto organico, a dare organico, a dare HH22O(l)O(l) e e COCO22(g)(g) ..

CC33HH88(g) + 5 O(g) + 5 O22(g) (g) 3 CO3 CO22(g) + 4 H(g) + 4 H22O(l) O(l)

Equazioni Equazioni TermochimicheTermochimiche

Equazioni Equazioni TermochimicheTermochimiche

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Entalpia di ReazioneEntalpia di Reazione

La variazione di Entalpia per una reazione La variazione di Entalpia per una reazione chimica è definita comechimica è definita come

H = HH = Hprodottiprodotti - H - Hreagenti.reagenti.

Una Una Equazione TermochimicaEquazione Termochimica include il valore di include il valore di H e le fasi in cui sono presenti i reagenti e i H e le fasi in cui sono presenti i reagenti e i prodottiprodotti

CHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g) (g) COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g) O(g) H= -802 kJH= -802 kJ


NN2(g) 2(g) + 3 H+ 3 H2(g) 2(g) 2 NH2 NH3(g)3(g) HH= -92.38 kJ= -92.38 kJ

Avendo solamente Avendo solamente 1.5 moli1.5 moli di H di H2 2 come come

calcolo l’entalpia di reazione?calcolo l’entalpia di reazione?

Divido l’equazione per 2 incluso il H

Notate che per reagenti eNotate che per reagenti eprodotti vengono specificate le fasi prodotti vengono specificate le fasi Il segno < 0 indica una Il segno < 0 indica una

reazione esotermicareazione esotermica

H= - 92.38 kJ/2 = - 46.19 kJ

Equazioni TermochimicheEquazioni Termochimiche


Etalpia Standard di ReazioneEtalpia Standard di Reazione

Un diverso modo di descrivere la Un diverso modo di descrivere la variazione di entalpia in una reazione variazione di entalpia in una reazione chimica, è riportare l’Entalpia chimica, è riportare l’Entalpia standard di reazione standard di reazione rrH°H°

CHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g) (g) COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g) O(g)

rrH°= -802 kJ molH°= -802 kJ mol-1-1

Notate che è un’entalpia Notate che è un’entalpia molaremolare

Entalpia di Entalpia di ReazioneReazione

Entalpia di Entalpia di ReazioneReazione

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Diagrammi di EntalpiaDiagrammi di Entalpia

Un diagramma di entalpia mostra H per lo stato Un diagramma di entalpia mostra H per lo stato iniziale e finale del processoiniziale e finale del processo

A pressione costante q = A pressione costante q = H = -802 kJ.H = -802 kJ.

HHCHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g)(g)

HH11

COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)HH22

H = -802 kJH = -802 kJ

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Entalpie di ReazioneEntalpie di Reazione

La variazione di entalpia dipende dalla fase dei La variazione di entalpia dipende dalla fase dei

reagenti e dei prodottireagenti e dei prodotti CHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g) (g) CO CO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(l) O(l) H= -890 kJH= -890 kJ

HHCHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g)(g)

COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

-802 kJ-802 kJ

COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(l)O(l)

H = -890 kJH = -890 kJ

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Invertendo la reazione, il Invertendo la reazione, il H si inverte di segnoH si inverte di segno

COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g) O(g) CH CH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g) (g) H = H =

+802 kJ+802 kJ

H = +802 kJH = +802 kJ

HHCHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g)(g)

COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

HH22

HH11

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H è una proprietà estensiva, quindi il H è una proprietà estensiva, quindi il H H dipende dalla quantità di reagenti e di dipende dalla quantità di reagenti e di prodottiprodotti

Qual’è il Qual’è il H per la combustione di 11.0 g di H per la combustione di 11.0 g di CHCH44 in eccesso di ossigeno? in eccesso di ossigeno?

= -550 kJ11.0 g CH44

4

CHg04.16CHmol

4CHmol1kJ802

CHCH44(g) + 2 O(g) + 2 O22(g) (g) COCO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g) O(g) H = -802 kJH = -802 kJ

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Quanto butano deve bruciare per produrre 100 Quanto butano deve bruciare per produrre 100 kJ di calore?kJ di calore?

2 C2 C44HH1010(g) + 13 O(g) + 13 O22(g) (g) 8 CO8 CO22(g) + 10 H(g) + 10 H22O(g) O(g)

H = -5317 kJH = -5317 kJ

100 kJ = 2.19 g C4H10kJ5317HCmol2 104

104

104

HCmol

HCg12.58

Legge di HessLegge di HessLegge di HessLegge di Hess

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Legge di HessLegge di Hess

Consideriamo una reazione in due stadiConsideriamo una reazione in due stadiQual’è il Qual’è il H?H?

C(s) + ½ OC(s) + ½ O22(g) (g) CO(g) CO(g) HH1 1 = -110 kJ= -110 kJ

CO(g) + ½ OCO(g) + ½ O22(g) (g) COCO22(g) (g) HH2 2 = -283 kJ= -283 kJ____________________ ______________________________ __________

C(s) + OC(s) + O22(g) (g) CO CO22(g) (g) H =H =-393 kJ-393 kJ

Legge di HessLegge di Hess: per una reazione suddivisa in : per una reazione suddivisa in più stadi, il più stadi, il H totale è la somma delle H totale è la somma delle variazioni di entalpia dei singoli stadivariazioni di entalpia dei singoli stadi

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La legge di Hess si basa sul fatto che l’Entalpia è una La legge di Hess si basa sul fatto che l’Entalpia è una funzione di statofunzione di stato

HH C(g) + OC(g) + O22(g)(g)

CO(g) + ½ OCO(g) + ½ O22(g)(g)

COCO22(g)(g)

-110 kJ-110 kJ

-283 kJ-283 kJ

H = -393 kJH = -393 kJ

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La Legge di Hess è semplicemente una La Legge di Hess è semplicemente una applicazione del primo principio della applicazione del primo principio della termodinamica a processi a pressione costante. termodinamica a processi a pressione costante. Ha solamente una importanza storica, essendo Ha solamente una importanza storica, essendo stata formulata prima del primo principio della stata formulata prima del primo principio della termodinamica, da cui discende.termodinamica, da cui discende.


La Legge di Hess in azioneLa Legge di Hess in azione

Date due reazioni chimiche Date due reazioni chimiche (#1 and #2)(#1 and #2) e il loro e il loro HH

#1#1: Fe: Fe22OO33 + 3CO + 3CO(g)(g) 2 Fe 2 Fe(s)(s) + 3CO + 3CO2(g) 2(g) HH=-26.7 kJ=-26.7 kJ

#2#2: CO: CO(g)(g) + 1/2 O + 1/2 O2(g) 2(g) CO CO2(g)2(g) HH=-283.0 =-283.0

kJkJ

calcolare il calcolare il HH della seguente reazione della seguente reazione::

2 Fe2 Fe(s)(s) + 3/2 O + 3/2 O2(g)2(g) Fe Fe22OO3(s)3(s) HH= ?= ?


Obiettivo:Obiettivo: 2 Fe2 Fe(s)(s) + 3/2 O + 3/2 O2(g)2(g) Fe Fe22OO3(s)3(s) HH= ?= ?

#1#1:: FeFe22OO33 + 3CO + 3CO(g)(g) 2 Fe 2 Fe(s)(s) + 3CO + 3CO2(g) 2(g) HH=-26.7 kJ=-26.7 kJ

Osserviamo che il Ferro appare a destra nella Osserviamo che il Ferro appare a destra nella reazione obiettivo e a sinistra nella reazione obiettivo e a sinistra nella #1#1

Soluzione: invertiamo la reazione Soluzione: invertiamo la reazione #1#1, e , e cambiamo segno alla sua entalpiacambiamo segno alla sua entalpia

Cominciamo controllando la posizione di Cominciamo controllando la posizione di reagenti e prodotti nella reazione desiderata e reagenti e prodotti nella reazione desiderata e in quelle date.in quelle date.

Passo 1Passo 1


Ci devono essere 3/2 OCi devono essere 3/2 O22 a sinistra, e a sinistra, e

dobbiamo cancellare 3 CO e 3 COdobbiamo cancellare 3 CO e 3 CO22 quando quando

sommiamo le equazioni. Moltiplichiamo sommiamo le equazioni. Moltiplichiamo per 3 la seconda reazione, e il suo per 3 la seconda reazione, e il suo HH

#2#2: : 3 3 [[COCO(g)(g) + 1/2 O + 1/2 O2(g) 2(g) CO CO2(g) 2(g) ]]

HH= = 3*3*(-283.0 kJ) = (-283.0 kJ) = -849.0 kJ-849.0 kJ

Passo 2Passo 2


Ora sommiamo assieme le due equazioni e Ora sommiamo assieme le due equazioni e cancelliamo ciò che appare sia a destra cancelliamo ciò che appare sia a destra che a sinistra che a sinistra (se anche la fase è identica)(se anche la fase è identica)

2 Fe(s) + 3CO2 Fe(s) + 3CO22(g) (g) Fe Fe22OO33(s) + 3CO(g) (s) + 3CO(g) H H = + = +

26.7 kJ26.7 kJ 3CO(g) + 3/2 O3CO(g) + 3/2 O22(g) (g) 3 CO 3 CO22(g) (g) H H = =

- 849.0 kJ- 849.0 kJ

2Fe(s) +3CO2Fe(s) +3CO22(g) +3CO(g) + 3/2O(g) +3CO(g) + 3/2O22(g) (g)

FeFe22OO33(s) + 3CO(g)+ 3CO(s) + 3CO(g)+ 3CO22(g) (g)

2 Fe(s) + 3/2 O2 Fe(s) + 3/2 O22(g) (g) Fe Fe22OO33(s) (s) H H = - 822.3 = - 822.3 kJkJ

Passo 3Passo 3


EsercizioEsercizio

Dati Dati 2 SO2 SO22(g) + O(g) + O22(g) (g) 2 SO 2 SO33(g)(g) H = H = 196 kJ196 kJ

2 S(s) + 3 O2 S(s) + 3 O22(g) (g) 2 SO 2 SO33(g)(g) H = H = 790 kJ790 kJ

Calcolare il Calcolare il HH°° per la per la reazionereazione

S(s) + OS(s) + O22(g) (g) SO SO22(g)(g)


MisteroMistero

Dottor Holmes, perchè sono grasso? Dottor Holmes, perchè sono grasso?

Watson:Watson:

U = q + w !!! U = q + w !!! Sherlock Holmes:Sherlock Holmes:



CiboCibo

Elementare WatsonElementare Watson

GrassGrassoo

5 Unita’ 5 Unita’ di Energiadi Energia



EserciziEsercizioo


Elementare WatsonElementare WatsonSe l’entalpia di metabolizzazione dei cibi che Se l’entalpia di metabolizzazione dei cibi che assumiamo in un giorno è superiore al calore assumiamo in un giorno è superiore al calore sviluppato e al lavoro eseguito nello stesso giorno, sviluppato e al lavoro eseguito nello stesso giorno, l’energia in eccesso non può svanire nel nulla. Il l’energia in eccesso non può svanire nel nulla. Il corpo umano la immagazzina sintetizzando corpo umano la immagazzina sintetizzando principalmente grassi, che fungono da serbatoio di principalmente grassi, che fungono da serbatoio di energia. energia. AA parità di peso, i grassi immagazzinano più energia parità di peso, i grassi immagazzinano più energia di zuccheri o proteine. Per non ingrassare la di zuccheri o proteine. Per non ingrassare la termodinamica ci pone di fronte a due e solo due termodinamica ci pone di fronte a due e solo due scelte: o si mangia di meno o si consuma di più scelte: o si mangia di meno o si consuma di più facendo più esercizio.facendo più esercizio.


Contenuto Energetico dei CibiContenuto Energetico dei Cibi

L’energia Chimica negli animali deriva dalla L’energia Chimica negli animali deriva dalla metabolizzazione di carboidrati, grassi e metabolizzazione di carboidrati, grassi e proteineproteine

Valore EnergeticoValore Energetico (kJ/g) (Cal/g) (kJ/g) (Cal/g)

CarboidratiCarboidrati 1717 44

GrassiGrassi 3838 99

ProteineProteine 1717 44

Spesso di usano le Calorie (Cal o kcal)Spesso di usano le Calorie (Cal o kcal)

1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ


Contenuto CaloricoContenuto Calorico

La quantita’ relativa di proteine, grassi e La quantita’ relativa di proteine, grassi e carboidrati nei cibi costituisce il contenuto carboidrati nei cibi costituisce il contenuto calorico.calorico.


Cibi ed EnergiaCibi ed Energia


CarboidratiCarboidrati

La maggior parte dell’energia di cui La maggior parte dell’energia di cui abbiamo bisogno deriva dalla combustione abbiamo bisogno deriva dalla combustione di zuccheri e grassi.di zuccheri e grassi.

Per il glucosio, la combustione e’:Per il glucosio, la combustione e’:

CC66HH1212OO6 6 (s) + 6 O(s) + 6 O22 (g) (g) 6 CO 6 CO2 2 (g)(g) + 6 H+ 6 H22O (l)O (l)

rrHH = -2816 kJ = -2816 kJ

L’energia e’ disponibile immediatamenteL’energia e’ disponibile immediatamente Valore energetico medio = 17 kJ/g = 4 Valore energetico medio = 17 kJ/g = 4

kcal/gkcal/g


““bevi la Coca-Colabevi la Coca-Cola®® che ti fa che ti fa bene…”bene…”

Censura


““bevi la Coca-Colabevi la Coca-Cola®® che ti fa che ti fa bene…”bene…”


GrassiGrassi

Anche la combustione dei grassi produce COAnche la combustione dei grassi produce CO22

e He H22O.O. Ad esempio, la tristearinaAd esempio, la tristearina

CC5757HH110110OO6 6 (s)(s) + 163/2 O + 163/2 O22 (g) (g) 57 CO 57 CO2 2 (g)(g) + 55 H+ 55 H22O O

(l).(l).

rrHH = -37.8 x 10 = -37.8 x 1044 kJ kJ I grassi sono il serbatoio energetico del I grassi sono il serbatoio energetico del corpocorpo Insolubili in acquaInsolubili in acqua Contenuto energetico medio = 38 kJ/g Contenuto energetico medio = 38 kJ/g

circa il doppio dei carboidrati.circa il doppio dei carboidrati.


ProteineProteine

Contenuto energetico medio = 17 kJ/g,Contenuto energetico medio = 17 kJ/g, Quando vengono metabolizzate dal corpo Quando vengono metabolizzate dal corpo

umano, l’azoto contenuto viene trasformato umano, l’azoto contenuto viene trasformato ed espulso sotto forma di urea.ed espulso sotto forma di urea.

Poiché i prodotti metabolici sono diversi da Poiché i prodotti metabolici sono diversi da quelli ottenuti semplicemente bruciando le quelli ottenuti semplicemente bruciando le proteine in presenza di ossigeno, non è proteine in presenza di ossigeno, non è possibile utilizzare un normale calorimetro possibile utilizzare un normale calorimetro per misurare l’energia sviluppata.per misurare l’energia sviluppata.

Una soluzione utilizzata in passato è stata Una soluzione utilizzata in passato è stata quella di chiudere un animale in un quella di chiudere un animale in un calorimetro!!, somministrargli del cibo e calorimetro!!, somministrargli del cibo e misurare così il calore prodottomisurare così il calore prodotto


Calorimetri per AnimaliCalorimetri per Animali


Calorimetri per UominiCalorimetri per Uomini

Entalpia di Entalpia di FormazioneFormazioneEntalpia di Entalpia di FormazioneFormazione

© Dario Bressanini

Reazione di FormazioneReazione di Formazione

Reazione di Formazione:Reazione di Formazione: è la reazione di è la reazione di formazione di formazione di una moleuna mole di una sostanza dai suoi di una sostanza dai suoi elementi nei loroelementi nei loro stati standard stati standard (forma e fase (forma e fase più stabile a più stabile a 25°25° e e 1 bar1 bar))

As esempio, la reazione di formazione di As esempio, la reazione di formazione di CaCOCaCO33(s)(s)

CaCO3(s)Ca(s)+ C(grafite) + 3/2 O2(g)

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Entalpia Standard di Entalpia Standard di FormazioneFormazione

L’ L’ Entalpia Standard di FormazioneEntalpia Standard di Formazione, , ffHº,Hº, di una sostanza di una sostanza

è il è il HH della sua reazione di formazione. della sua reazione di formazione.

Ca(s) + C(Ca(s) + C(grafitegrafite) + ) + 33//2 2 OO22(g) (g) CaCOCaCO33(s)(s)

ffH°(H°(CaCOCaCO33,s,s) = ) =

-1207 kJ-1207 kJ

Ca(s) + ½ OCa(s) + ½ O22(g) (g) CaO(s) CaO(s) ffH°(H°(CaO,sCaO,s) = -636 kJ) = -636 kJ

C(grafite) + OC(grafite) + O22(g) (g) COCO22(g)(g)

ffH°(H°(COCO22,,

gg) = -394 kJ) = -394 kJ

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Qual è il Qual è il ffH°(OH°(O22,,gg)?)?

OO22(g) (g) O O22(g)(g)

Qual è il Qual è il ffHH °(Cl,g)?°(Cl,g)?

½ Cl½ Cl22(g) (g) Cl(g) Cl(g)

Qual è il Qual è il ffHH °(C,diamante)?°(C,diamante)?

C(grafite) C(grafite) C(diamante) C(diamante)

ffHH = 0 = 0ffHH = 0 = 0

ffHH = 1.9 kJ = 1.9 kJffHH = 1.9 kJ = 1.9 kJ

ffHH = 122 kJ = 122 kJffHH = 122 kJ = 122 kJ

Entalpia Standard di FormazioneEntalpia Standard di Formazione


Entalpia Standard di FormazioneEntalpia Standard di Formazione

ffHH(Diamante) = 1.9 kJ(Diamante) = 1.9 kJ. Come si trova?. Come si trova? La conversione diretta dalla grafite al La conversione diretta dalla grafite al

diamante non e’ semplice (altrimenti lo diamante non e’ semplice (altrimenti lo faremmo tutti faremmo tutti ) e quindi non lo possiamo ) e quindi non lo possiamo misurare direttamente.misurare direttamente.

Possiamo tuttavia bruciare della grafite e del Possiamo tuttavia bruciare della grafite e del diamante diamante , misurare i calori di , misurare i calori di combustione, e usare le legge di Hesscombustione, e usare le legge di Hess

C(grafite) + OC(grafite) + O22(g) (g) COCO22(g)(g)ffH° = -393.5 H° = -393.5

kJkJC(diamante) + OC(diamante) + O22(g) (g) COCO22(g)(g)ffH° = -395.4 H° = -395.4

kJkJ



MisteroMistero

Dottor Holmes, Dottor Holmes, La Grafite e’ piu’ stabile del La Grafite e’ piu’ stabile del Diamante. Perche’ gli anelli non si trasformano in Diamante. Perche’ gli anelli non si trasformano in carbone carbone ? ?

Watson:Watson:

Ma certo che si trasformano, caro WatsonMa certo che si trasformano, caro Watson !!! !!!

Solo che lo fanno moooolto lentamente!Solo che lo fanno moooolto lentamente!

Sherlock Holmes:Sherlock Holmes:

HH00 (C, graphite) = 0 (C, graphite) = 0HH00 (C, graphite) = 0 (C, graphite) = 0ffff

HH00 (C, diamond) = 1.90 kJ/mol (C, diamond) = 1.90 kJ/molHH00 (C, diamond) = 1.90 kJ/mol (C, diamond) = 1.90 kJ/molffff

© Dario Bressanini

Thermodinamica e CineticaThermodinamica e Cinetica

La Grafite e’ termodinamicamente piu’ La Grafite e’ termodinamicamente piu’ stabile del Diamante.stabile del Diamante.

Tuttavia, la termodinamica non dice nulla Tuttavia, la termodinamica non dice nulla sul tempo perche’ avvengano i processi.sul tempo perche’ avvengano i processi.

Questo riguarda invece la Questo riguarda invece la CineticaCinetica ChimicaChimica.. Si puo’ dimostrare ce la velocita’ della Si puo’ dimostrare ce la velocita’ della

reazione di trasformazione dalla grafite al reazione di trasformazione dalla grafite al diamante e’ estremamente lenta.diamante e’ estremamente lenta.

© Dario Bressanini

Possiamo considerare una reazione come una Possiamo considerare una reazione come una decomposizione dei reagenti negli elementi, e decomposizione dei reagenti negli elementi, e nella formazione dei prodotti a partire dagli nella formazione dei prodotti a partire dagli elementielementi

Quindi il Quindi il rrHH è esprimibile come: è esprimibile come:

Entalpia Standard di ReazioneEntalpia Standard di Reazione

Reagenti e prodotti devono essere alla stessa Reagenti e prodotti devono essere alla stessa temperaturatemperatura

rrHH = = n n ffH°(H°(prodottiprodotti) - ) - m m ffH°(H°(reagentireagenti))


En

thalp

iaEntalpia Standard di ReazioneEntalpia Standard di Reazione




I I ffHH in kJ/mol sono tabulati in kJ/mol sono tabulati

SostanzaSostanza ffHH SostanzaSostanza ffHH

AlAl(s)(s)

BaCOBaCO3(s)3(s)

COCO(g)(g)

COCO2(g)2(g)

CSCS2(g)2(g)

00-1219-1219-110-110-394-394+117+117

ClCl2(g)2(g)

HH22OO((ll))

HH22OO(g)(g)

NaHCONaHCO3(s)3(s)

NaNa22COCO3(s)3(s)

00-286-286-242 -242 -947.7-947.7-1131-1131

Ricordate che i Ricordate che i ffH H per gli elementi nei loro per gli elementi nei loro stati standard è 0 stati standard è 0

rrH° a partire dai H° a partire dai ffH°H°

© Dario Bressanini

Calcoliamo il Calcoliamo il rrHº della reazioneHº della reazione

CaCOCaCO33(s) (s) CaO(s) + CO CaO(s) + CO22(g)(g)

HH

CaCOCaCO33(s)(s)

CaO(s) + COCaO(s) + CO22(g)(g)

Ca(s) + C(s) + Ca(s) + C(s) + 33//2 2 OO22(g)(g)

1207 kJ1207 kJ-636 + -394 kJ-636 + -394 kJ

177 kJ177 kJ

Hº = fH°(CaO,s) + fH°(CO2,g) - fH°(CaCO3,s)



Variazione del Variazione del rrH° con la H° con la TemperaturaTemperatura

Le Entalpie standard di molte importanti Le Entalpie standard di molte importanti reazioni sono state misurate a varie reazioni sono state misurate a varie temperature.temperature.

In mancanza di informazioni, possiamo In mancanza di informazioni, possiamo calcolare in modo approssimato calcolare in modo approssimato rrH°(T)H°(T)

Ricordiamo l’espressione della variazione di Ricordiamo l’espressione della variazione di entalpiaentalpia

)()(2

1

12 T

T

pdTCTHTH )()(2

1

12 T

T

pdTCTHTH


Legge di KirchhoffLegge di Kirchhoff

)(

)(2

1

1

2

T

T

prr

r

dTCTH

TH

)(

)(2

1

1

2

T

T

prr

r

dTCTH

TH

reagenti

mpprodotti

mppr nCnCC ,, reagenti

mpprodotti

mppr nCnCC ,,

Se T e’ piccolo, possiamo considerare le capacita’ termiche costanti.

Se T e’ piccolo, possiamo considerare le capacita’ termiche costanti.


EsercizioEsercizio

La Nitroglicerina e’ un potente La Nitroglicerina e’ un potente esplosivo che produce 4 gas esplosivo che produce 4 gas differenti durante la detonazionedifferenti durante la detonazione

Calcolare, usando le tabelle, l’entalpia di Calcolare, usando le tabelle, l’entalpia di formazione della nitroglicerina, e calcolare formazione della nitroglicerina, e calcolare l’energia liberata quando 10.0 g vengono l’energia liberata quando 10.0 g vengono detonatidetonati

2 C2 C33HH55(NO(NO33))33(l) (l) 3 N 3 N22(g) + ½ O(g) + ½ O22(g) + 6 CO(g) + 6 CO22(g) + 5 H(g) + 5 H22O(g)O(g)

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