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Δ G = Δ H - T Δ S - PowerPoint PPT Presentation


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Δ G = Δ H - T Δ S. Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore: si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore. Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore:

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Presentation Transcript
G h t s

ΔG = ΔH - T ΔS


Ogni reazione chimica è caratterizzata da scambio di calore:

si chiama esotermica una reazione che avvenga con liberazione di calore

si chiama endotermica una reazione che avvenga con assorbimento di calore



Gli effetti termici si spiegano con il calore richiesto per la formazione o la rottura dei legami:

una reazione in cui viene assorbito più calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è endotermica

R

P


Invece una reazione in cui viene assorbito meno calore per rompere i legami dei reagenti di quello liberato nella formazione dei legami dei prodotti è esotermica

R

P


Gli effetti termici delle reazioni possono essere descritti in base ai contenuto di calore (entalpia) di una sostanza


Reazione in base ai contenuto di calore (esotermica


Reazione in base ai contenuto di calore (endotermica


La liberazione di calore da parte del processo potrebbe sembrare un criterio visto che spesso le reazioni esotermiche sono spontanee...ma anche l’acqua, nel divenire ghiaccio libera calore. La solidificazione avviene però spontaneamente solo se si è al di sotto di 0°C!


Inoltre ci sono reazioni che avvengono spontaneamente con assorbimento di calore come dimostrano le buste di ghiaccio istantaneo, o più semplicemente quando mescoliamo un po’ di zucchero in acqua.




Analogamente è molto più probabile che per sapere se un processo avviene spontaneamente visto che:

  • le molecole di un soluto diffondano omogeneamente nel solvente

  • Le molecole di due gas si diperdano le une nelle altre


Questo perchè uno solo è il possibile stato ordinato mentre molti sono quelli disordinati!


Uff! Basta. Non posso fare tutti i sistemi disordinati. In realtà 6 palle blu e 6 palle gialle possono disporsi in 1324 modi: 1 solo è quello “ordinato” con sei palle sopra e sei palle sotto. Tutte le altre 1323 disposizioni sono “disordinate” rispetto a quella scelta.


Il numero di oggetti considerati in questo esempio è in realtà irrisorio rispetto a un litro di aria a c.n. in cui sono contenute 5,4·1021molecole di ossigeno e 2,15·1022molecole di azoto!


In una reazione chimica il disordine aumenta quando: realtà

  • si ottengono prodotti gassosi a partire da reagenti liquidi o solidi

  • il numero delle molecole gassose aumenta PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)


Come esiste una funzione di stato che rappresenta il calore scambiato a pressione costante, cioè l’entalpia, altrettanto esiste una funzione di stato che descrive la probabilità di esistere di un sistema: l’entropia


Per valutare se una reazione avviene spontaneamente dovremo tenere conto di entrambe le funzioni di stato considerate e anche della temperatura, tutte combinate nella relazione:

ΔG = ΔH - T ΔS

che dà appunto la variazione di energia libera da cui dipende la spontaneità o meno di una reazione


Analizziamo i casi possibili tenere conto di

Primo caso

Se ΔH <0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS> 0 (aspetto entropico favorevole)

ΔG non può che essere negativo. Infatti:

ΔG = ΔH - T ΔS

Primo caso

negativo, dato che la T è sempre positiva

negativo

negativo


Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre negativo

Primo caso

kJ

ΔG

ΔG

ΔG

ΔH

-T ΔS

-T ΔS

-T ΔS

La reazione è sempre spontanea

Troppo noioso! ΔGè sempre negativo


Primo caso T

In altre parole, una reazione che avvenga con liberazione di calore e aumento del disordine è sempre spontanea, indipendentemente dalla temperatura.

C3H8(g) + 5 O2(g)  3 CO2(g) + 4 H2O(g)


Secondo caso T

Secondo caso

Se ΔH <0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole)

ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci.

Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico.


-T T ΔS

Secondo caso

-T ΔS

kJ

ΔG

ΔG

ΔH

kJ

ΔH

A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è

SPONTANEA

A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è

NON SPONTANEA

Uhm, avvincente! Bisogna pensarci!


Secondo caso T

Riassumendo il comportamento con la temperatura

Se ΔH<0 (aspetto entalpico favorevole) ΔS<0 (aspetto entropico sfavorevole)

ΔG < 0 per T<ΔH/ΔS

ΔG > 0 per T>ΔH/ΔS


Secondo caso T

E’ un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni esotermiche che avvengano con diminuzione del disordine:

2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g)

oppure

N2(g) + 3 H2 2 NH3

Bisogna raffreddare!!


Terzo caso T

Terzo caso

Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS <0 (aspetto entropico sfavorevole)

ΔG non può che essere positivo. Infatti:

ΔG = ΔH - T ΔS

positivo

positivo

positivo, dato che la T è sempre positiva


Indipendentemente dal valore della temperatura il termine - T ΔS è sempre positivo

Terzo caso

ΔG

kJ

ΔG

ΔG

-T ΔS

-T ΔS

ΔH

-T ΔS

La reazione è sempre non spontanea

Troppo noioso! ΔGè sempre positivo


Terzo caso T

In altre parole, una reazione che avvenga con assorbimento di calore e diminuzione del disordine non è mai spontanea, indipendentemente dalla temperatura.

12 CO2(g) + 6 H2O(g) 2 C6H6(l) + 15 O2(g)


Quarto caso T

Quarto caso

Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole)

ΔG ha un segno che dipende dai valori reciproci.

Il fattore che decide tutto è la temperatura che moltiplica il fattore entropico.


Quarto caso T

ΔH

ΔH

kJ

kJ

ΔG

-T ΔS

ΔG

-T ΔS

A temperature basse il termine -T ΔS è piccolo in valore assoluto e non supera il ΔH: la reazione è NON SPONTANEA

A temperature alte il termine -T ΔS è grande in valore assoluto e supera il ΔH: la reazione è

SPONTANEA

Uhm, avvincente! Bisogna pensarci!


Quarto caso T

Riassumendo il comportamento con la temperatura

Se ΔH >0 (aspetto entalpico sfavorevole) ΔS >0 (aspetto entropico favorevole)

ΔG > 0 per T<ΔH/ΔS

ΔG < 0 per T>ΔH/ΔS


Quarto caso T

E’ un caso molto comune che si verifica per tutte le reazioni endotermiche che avvengano con aumento del disordine:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Bisogna riscaldare!!



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