Prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona 1 ΔG = ΔH - T ΔS.

prof. F.Tottola IPSIA E.Fermi Verona

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ΔG = ΔH - T ΔS


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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


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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


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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


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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


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


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Reazione esotermica


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Reazione endotermica


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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!


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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.


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• Non è il verso del passaggio di calore quello che può determinare la spontaneità di un processo.


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•Il disordine è un criterio da prendere in considerazione per sapere se un processo avviene spontaneamente visto che:

un sistema disordinato ha più probabilità di esistere rispetto a uno ordinato.


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Analogamente è molto più probabile che• le molecole di un soluto diffondano omogeneamente nel solvente•Le molecole di due gas si diperdano le une nelle altre


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


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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.

Gialle sopra

0 1 2 3 4 5 6

Gialle sotto

6 5 4 3 2 1 0

disposizioni

1 36 225 400 225 36 1


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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 5,4·1021

molecole di ossigeno e 2,15·1022

molecole di azoto!


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In una reazione chimica il disordine aumenta quando:

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

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


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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


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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


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Analizziamo i casi possibiliPrimo caso

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

ΔG non può che essere negativo. Infatti:ΔG = ΔH - T ΔS

negativo

negativo, dato che la T è sempre positiva

negativo

Primo caso


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ΔH

-T Δ

S

-T Δ

S

-T Δ

S

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

ΔG Δ

G

ΔG

La reazione è sempre spontanea

kJ

Troppo noioso! ΔG è sempre

negativo

Primo caso


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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)

Primo caso


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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.

Secondo caso


24Δ

H

-T Δ

S

-T Δ

SΔ

G

ΔG

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

SPONTANEA

kJ

ΔH

kJ

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

NON SPONTANEAUhm, avvincente! Bisogna pensarci!

Secondo caso


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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


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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!!

Secondo caso


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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, dato che la T è sempre positiva

positivo

Terzo caso


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ΔH

-T Δ

S

-T Δ

S

-T Δ

S

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

ΔG Δ

G

ΔG

La reazione è sempre non spontanea

kJ

Troppo noioso! ΔG è sempre positivo

Terzo caso


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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)

Terzo caso


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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


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ΔH

-T Δ

S -T Δ

S

ΔG

ΔG

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

kJ ΔH

kJ

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

SPONTANEAUhm, avvincente! Bisogna pensarci!

Quarto caso


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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


33

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!!

Quarto caso


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Variazione entalpia

Variazione entropia

Variazione energia libera

Spontaneità reazione

ΔH <0 ΔS>0 ΔG<0

ΔH >0 ΔS<0 ΔG>0

ΔH <0 ΔS<0ΔG>0 per T>ΔH/ΔS

ΔG<0 per T<ΔH/ΔS

ΔH >0 ΔS>0ΔG<0 per T>ΔH/ΔS

ΔG>0 per T<ΔH/ΔS

Magari sudando un pò, siamo arrivati a costruire questa tavola riassuntiva

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