Espansione Isoterma Reversibile di Gas Ideale

Per un gas ideale in un'espansione isoterma reversibile, la variazione di energia interna è nulla (ΔE = 0) perché l'energia interna dipende solo dalla temperatura, che rimane costante.

Il primo principio della termodinamica afferma che la variazione di energia interna (ΔE) è uguale alla somma del calore (q) assorbito dal sistema e del lavoro (W) svolto sul sistema: ΔE = q + W. In un'espansione isoterma reversibile di un gas ideale, ΔE = 0, quindi q = -W.

In un'espansione isoterma, il lavoro svolto dal gas (W) è negativo perché il gas compie lavoro sull'ambiente circostante. Il lavoro è dato da W = -PΔV, dove P è la pressione e ΔV è la variazione di volume.

Il calore assorbito in un'espansione isoterma reversibile di un gas ideale è uguale al lavoro svolto dal gas, ma con segno opposto: q = PΔV.

L'entropia (S) è una misura del disordine di un sistema. La variazione di entropia in un'espansione isoterma reversibile di un gas ideale è data da ΔS = nR ln(Vf/Vi), dove n è il numero di moli, R è la costante dei gas ideali, Vi è il volume iniziale e Vf è il volume finale.

La legge di Boyle afferma che il prodotto della pressione e del volume di un gas ideale è costante a temperatura costante. Questa legge può essere utilizzata per esprimere la variazione di entropia in termini di pressione: ΔS = -nR ln(Pf/Pi), dove Pi è la pressione iniziale e Pf è la pressione finale.

L'energia libera di Gibbs (G) è una funzione termodinamica che tiene conto dell'energia interna, dell'entropia e della temperatura. La variazione di energia libera di Gibbs in un'espansione isoterma reversibile di un gas ideale è data da ΔG = -TΔS.

L'equazione di Gibbs per un'espansione isoterma reversibile di un gas ideale può essere espressa in termini di pressione: ΔG = nRT ln(Pf/Pi). Questa equazione può essere utilizzata per calcolare la variazione di energia libera di Gibbs in funzione delle pressioni iniziale e finale.

Nella chimica, l'energia libera di Gibbs molare (Gm) rappresenta l'energia libera di Gibbs per mole di un gas ad una certa pressione o per un soluto ad una certa concentrazione.

L'energia libera di Gibbs molare (Gm) per un gas può essere calcolata usando l'equazione Gm° + R ln(P/P°), dove Gm° è l'energia libera di Gibbs molare standard, R è la costante dei gas ideali, P è la pressione del gas e P° è la pressione standard (1 bar).

L'energia libera di Gibbs molare (Gm) per un soluto può essere calcolata usando l'equazione Gm° + R ln(c/c°), dove Gm° è l'energia libera di Gibbs molare standard, R è la costante dei gas ideali, c è la concentrazione del soluto e c° è la concentrazione standard (1 M).

L'energia libera di Gibbs di una miscela di gas ideali è uguale alla somma delle energie libere di Gibbs molari di ciascun componente, moltiplicate per il loro numero di moli. In altre parole, G = nA Gm(A) + nB Gm(B) + nC Gm(C) + ...

La variazione dell'energia libera di Gibbs di un sistema in seguito ad una variazione della quantità di un solo gas è data da ΔG = ΔnA Gm(A).

La variazione dell'energia libera di Gibbs standard (ΔG°) di una reazione è legata alla costante di equilibrio (Keq) dall'equazione ΔG° = -RT ln(Keq).

Se la costante di equilibrio (Keq) di una reazione è maggiore di 1, la variazione dell'energia libera di Gibbs standard (ΔG°) sarà negativa, il che indica che la reazione è spontanea.

Se la costante di equilibrio (Keq) di una reazione è minore di 1, la variazione dell'energia libera di Gibbs standard (ΔG°) sarà positiva, il che indica che la reazione non è spontanea.