Energia Libera e Grandezze di Stato

Energia libera

• La variazione dell'energia libera di un sistema indica se una trasformazione è spontanea, cioè se avviene senza l'intervento di un agente esterno.
• Una trasformazione è spontanea se l'energia libera del sistema diminuisce, ovvero ΔG è negativo.
• L'energia libera è la somma di due contributi: entalpico (ΔH) ed entropico (-TΔS), ovvero ΔG = ΔH - TΔS.
• Se ΔH è negativo, la trasformazione libera calore (esotermica) e favorisce la spontaneità della reazione.
• Se ΔS è positivo, la trasformazione aumenta l'entropia del sistema e favorisce la spontaneità della reazione.

Grandezze di Stato

• L'energia interna (ΔU) è l'energia posseduta da un sistema.
• L'entalpia (ΔH) rappresenta il calore somministrato a pressione costante, in assenza di lavoro diverso da quello dovuto alla variazione del volume.
• La funzione di Helmholtz (ΔA) rappresenta il lavoro massimo ottenibile da un sistema chiuso a temperatura e volume costanti.
• La funzione di Gibbs (ΔG) rappresenta l'energia libera e il lavoro massimo ottenibile da un sistema aperto a temperatura e pressione costanti.

Variazioni di Energia Libera Standard

• Il valore "zero" dell'energia libera di formazione degli elementi viene assegnato alla loro forma più stabile a una pressione di 1 bar.
• I valori tabulati sono a 298.15 K (25°C).

Potenziale Chimico

• Il potenziale chimico (μ) è una grandezza intensiva che indica la variazione dell'energia libera di un sistema quando si aggiunge una quantità infinitesima di una determinata sostanza, a temperatura e pressione costanti.
• È la "forza trainante" di una trasformazione chimica: la minimizzazione della sommatoria dei contributi all'energia di Gibbs portati dai vari componenti di un sistema costituisce la spinta alla reazione.
• Una differenza di potenziale chimico spinge la trasformazione.

Analogie tra Potenziale Chimico ed altre "driving force"

• La differenza di temperatura (ΔT) è la spinta che fa fluire calore (entropia) tra due corpi.
• La differenza di potenziale elettrico (ΔΦ) è la spinta che fa fluire corrente elettrica (elettroni) in un circuito.
• La differenza di pressione idraulica (ΔP) è la spinta che fa fluire l'acqua dal braccio del tubo ad U con il livello di acqua più elevato al braccio con il livello di acqua minore.

Potenziale Elettrochimico

• Il potenziale elettrochimico (μ) è il potenziale chimico di uno ione di carica "ze" in presenza di un potenziale elettrico (φ).
• La differenza tra le variabili intensive provoca lo scambio di quantità finite.
• La trasformazione è spontanea se il potenziale chimico diminuisce, all'equilibrio il potenziale chimico è uguale e la trasformazione non è spontanea se il potenziale chimico aumenta.

Potenziale Elettrico

• Il potenziale elettrico è il potenziale di Coulomb generato da una carica q2 ad una distanza r.
• Quando il potenziale elettrico agisce su una carica q1 produce un lavoro (potenziale x carica) che aumenta l'energia potenziale del sistema.

Potenziale Elettrochimico

• Il potenziale elettrochimico (μ) è correlato al potenziale chimico (μ) del medesimo sistema, privo di carica, dalla relazione: µ = µ + N A zef = µ + zFf, dove F = NAe = costante di Faraday.
• Il lavoro elettrico (carica · potenziale elettrico) viene aggiunto per imporre una specie carica ad una regione già carica.

Questo quiz esplora i concetti di energia libera e grandezze di stato in termodinamica. Scoprirai come la variazione dell'energia libera indica la spontaneità delle trasformazioni e come l'entalpia e l'energia interna influenzano i processi. Metti alla prova le tue conoscenze sulla termodinamica!