Chimica FisicaChimica Fisica

TermochimicaTermochimicaTermochimicaTermochimica

Universita’ degli Studi dell’Insubria Universita’ degli Studi dell’Insubria

dario.bressanini@uninsubria.ithttp://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

© 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

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Processi Esotermici ed Processi Esotermici ed EndotermiciEndotermici

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Reazioni EsotermicheReazioni Esotermiche

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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

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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°

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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:

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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

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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)

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MisteroMistero

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

Watson:Watson:

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

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CiboCibo

Elementare WatsonElementare Watson

GrassGrassoo

5 Unita’ 5 Unita’ di Energiadi Energia

2 Unita’ 2 Unita’ di Energiadi Energia

3 Unita’ 3 Unita’ di Energiadi Energia

EserciziEsercizioo

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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.

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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

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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.

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Cibi ed EnergiaCibi ed Energia

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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

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

Censura

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

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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.

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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

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Calorimetri per AnimaliCalorimetri per Animali

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Calorimetri per UominiCalorimetri per Uomini