Funzioni di stato in pillole

Nello studio della termodinamica si trovano delle funzioni dette funzioni di stato la cui variazione dipende solo dallo stato iniziale del sistema e dallo stato finale senza tenere conto di come si sia pervenuti allo stato finale partendo da uno stato iniziale.

Massa, volume, temperatura, pressione, numero di particelle e composizione chimica sono funzioni di stato.
Queste grandezze sono già note a chi si approccia allo studio della termodinamica mentre vi sono altre funzioni di stato meno note.

Energia interna

L’energia interna U la cui unità di misura è il joule è l’energia associata al moto disordinato e casuale delle molecole essendo la somma dell’energia cinetica e potenziale del sistema.

Essa può essere definita, per piccole variazioni, come:
dU = dq + dw = C dT – p dV

essendo:
dq il calore fornito al sistema
dw il lavoro fatto dal sistema
C la capacità termica

dT la variazione di temperatura
p la pressione
dV la variazione di volume
A pressione costante dU = CvdT essendo Cv il calore specifico a volume costante

 

Entalpia

L’entalpia H la cui unità di misura è il joule è data dalla somma dell’energia interna e dal prodotto della pressione per il volume:
H = U + pV

Per piccole variazioni:
dH = dU + pdV + Vdp

A pressione costante dH = CvdT essendo Cp il calore specifico a pressione costante

Entropia

L’entropia S la cui unità di misura è joule · K-1 è una misura del grado di disordine di un sistema. In un sistema isolato è una funzione non decrescente definita come: dS = dqrev /dT

essendo dqrev la quantità di calore ceduta o assorbita in un processo reversibile in condizioni di equilibrio

Energia libera di Gibbs

L’ energia libera di Gibbs G la cui unità di misura è il joule è definita come:
G = H – TS = U + pV – TS

essendo H l’entalpia, T la temperatura, S l’entropia e U l’energia interna

Per piccole variazioni:

dG = dH – TdS – SdT = dU + pdV + Vdp – TdS – SdT

Poiché per il Primo Principio della termodinamica

dU + pdV = dQ
si ha:
dG = dQ + Vdp – TdS – SdT

Se il processo è spontaneo cioè irreversibile, allora per tale processo è valida la disuguaglianza di Clausius:

dS › dQirr/T
da cui TdS › dQirr

pertanto
dG < TdS + Vdp –TdS – SdT

ovvero
dG < Vdp – SdT

se il processo avviene a pressione e temperatura costante, poiché dT=0 e dp =0 si ha

dG < 0

La variazione di energia libera fornisce quindi informazioni relative alla spontaneità di un processo: se è maggiore di zero il processo non è spontaneo, se è minore di zero il processo è spontaneo mentre se è pari a zero il sistema è all’equilibrio

 

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...