Scambi di calore nelle reazioni chimicheIl primo principio della termo dinamica

Scambi di calore nelle reazioni chimiche

Abbiamo esaminato la reazione di combustione del carbonio, che abbiamo

descritto mediante l’equazione:C + O2 CO2

Tale reazione descrive sia qualitativamente che quantitativamente le specie chimiche coinvolte ma omette

il dato più importante: il calore sviluppato.

Non è certamente la produzione di CO2 lo

scopo della combustione del carbonio ma la

produzione di calore, che di questo

processo è il prodotto economicamente più

importante. L’equazione completa

della reazione deve essere così formulata:

C + O2 CO2 + caloreTermometro chimico

Per studiare questa parte della chimica dobbiamo conoscere nuove parole

SISTEMA: parte del mondo fisico oggetto del nostro studio (tutte le sostanze coinvolte nella reazione chimica, cioè sia i reagenti che i prodotti).

AMBIENTE: la restante parte dell’universo che circonda il sistema.

CONTORNO: il contenitore in cui avviene la reazione

Vari tipi di sistema

ISOLATO: Nel caso in cui non si scambia con l’ambiente esterno né energia né materia. Un liquido all’interno di un termos chiuso mantiene costante la sua temperatura.

CHIUSO: Se può scambiare con l’ambiente esterno soltanto energia.

APERTO: Nel caso in cui può scambiare con l’ambiente esterno sia materia che energia.

Vari tipi di reazioni chimiche

REAZIONI ESOTERMICHE: Le reazioni che comportano un trasferimento di calore dal sistema all’ambiente.

REAZIONI ENDOTERMICHE: Reazioni che avvengono

con un trasferimento di calore dall’ambiente al sistema.

Il primo principio della termodinamica

Come si è detto, di calore non è l’unica forma di energia scambiata durante un processo chimico.

Consideriamo per esempio il caso di una reazione chimica, come quella dello stagno con l’acido cloridrico, fatta a venire in un cilindro munito di pistole mobile sul quale grava la pressione atmosferica, così come riportato.

L’idrogeno che si sviluppa allo stato gassoso all’interno del recipiente, provocherà uno spostmant0 del pistone con conseguente produzione di lavoro.

Ricordando che la pressione è espressa dalla relazione l=F/s e che il lavoro è definito come L=F·l, combinando l’espressione si ha: L = P·s·l

Pertanto la reazione presa in esame, oltre a uno sviluppo di calore, comporta anche la produzione di lavoro. Quindi la produzione di energia termica e energia meccanica.

Per convenzione si è stabilito di attribuire al calore Q segno positivo se dall’ambiente fluisce verso il sistema e segno negativo il caso contrario.

Al lavoro L si attribuisce segno positivo se è il sistema a compierlo sull’ambiente e segno negativo nel caso contrario.

La variazione di energia interna dovuta dalla trasformazione sarà data della differenza di energia iniziale e energia finale. ΔE = Ef – Ei

Per il princio di conservazione dell’energia, tale differenza deve corrispondere esattamente all’energia scambiata con l’ambiente sotto forma di calore e lavoro. ΔE = Q – L PRIMO PRINCIPIO DELLA TEMODINAMICA

La variazione di energia interna di un sistema è uguale alla somma della quantità di calore e

di lavoro scambiata tra il sistema e l’ambiente.