Termochimica: quali studi, leggi e applicazioni
La termochimica è responsabile dello studio delle modifiche caloriche che vengono effettuate nelle reazioni tra due o più specie. È considerato una parte essenziale della termodinamica, che studia la trasformazione del calore e di altri tipi di energia per comprendere la direzione in cui si sviluppano i processi e come varia la loro energia.
Inoltre, è essenziale capire che il calore comporta il trasferimento di energia termica che avviene tra due corpi, quando sono a temperature diverse; mentre l'energia termica è quella associata al movimento casuale posseduto da atomi e molecole.
Pertanto, come in quasi tutte le reazioni chimiche, l'energia viene assorbita o rilasciata per mezzo del calore, l'analisi dei fenomeni che avvengono attraverso la termochimica è molto importante.
Cosa studia la termochimica?
Come notato in precedenza, la termochimica studia i cambiamenti di energia sotto forma di calore che si verificano nelle reazioni chimiche o quando avvengono processi che implicano trasformazioni fisiche.
In questo senso, è necessario chiarire alcuni concetti all'interno dell'argomento per una migliore comprensione di esso.
Ad esempio, il termine "sistema" si riferisce al segmento specifico dell'universo studiato, che significa "universo" la considerazione del sistema e dei suoi dintorni (ogni cosa esterna ad esso).
Quindi, un sistema di solito consiste delle specie coinvolte nelle trasformazioni chimiche o fisiche che si verificano nelle reazioni. Questi sistemi possono essere classificati in tre tipi: aperto, chiuso e isolato.
- Un sistema aperto è quello che consente il trasferimento di materia ed energia (calore) con l'ambiente circostante.
- In un sistema chiuso c'è uno scambio di energia ma non di materia.
- In un sistema isolato non c'è trasferimento di materia o energia sotto forma di calore. Questi sistemi sono anche noti come "adiabatici".
legislazione
Le leggi della termochimica sono strettamente legate alla legge di Laplace e Lavoisier, così come alla legge di Hess, che sono i precursori della prima legge della termodinamica.
Il principio esposto dal francese Antoine Lavoisier (importante chimico e nobile) e Pierre-Simon Laplace (famoso matematico, fisico e astronomo) nota che "l'alterazione di energia manifestata in ogni trasformazione fisica o chimica ha pari magnitudo e significato contrariamente all'alterazione dell'energia della reazione inversa ".
La legge di Hess
Nello stesso ordine di idee, la legge formulata dal chimico russo originario della Svizzera, Germain Hess, è una pietra miliare per la spiegazione della termochimica.
Questo principio si basa sulla sua interpretazione della legge di conservazione dell'energia, che fa riferimento al fatto che l'energia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata.
La legge di Hess può essere decretata in questo modo: "L'entalpia totale in una reazione chimica è la stessa, indipendentemente dal fatto che la reazione venga eseguita in un singolo passaggio o in una sequenza di diversi passaggi."
L'entalpia totale è data come sottrazione tra la somma dell'entalpia dei prodotti meno la somma dell'entalpia dei reagenti.
Nel caso del cambiamento nell'entalpia standard di un sistema (in condizioni standard di 25 ° C e 1 atm), può essere schematizzato secondo la seguente reazione:
Reazione ΔH = ΣΔH (prodotti) - ΣΔH (reagenti)
Un altro modo per spiegare questo principio, sapendo che il cambiamento di entalpia si riferisce al cambiamento di calore nelle reazioni quando sono dati ad una pressione costante, sta dicendo che il cambiamento nell'entalpia netta di un sistema non dipende dal percorso seguito tra lo stato iniziale e finale.
Prima legge della termodinamica
Questa legge è così intrinsecamente legata alla termochimica che a volte viene confusa quale era quella che ispirava l'altro; Quindi, per fare luce su questa legge, dobbiamo iniziare dicendo che ha anche le sue radici nel principio di conservazione dell'energia.
Quindi la termodinamica non considera solo il calore come una forma di trasferimento di energia (come la termochimica), ma coinvolge anche altre forme di energia, come l'energia interna ( U ).
Quindi la variazione nell'energia interna di un sistema (ΔU) è data dalla differenza tra i suoi stati iniziali e finali (come si vede nella legge di Hess).
Considerando che l'energia interna è composta dall'energia cinetica (movimento delle particelle) e dall'energia potenziale (interazioni tra le particelle) dello stesso sistema, si può dedurre che ci sono altri fattori che contribuiscono allo studio dello stato e delle proprietà di ciascuno sistema.
applicazioni
La termochimica ha più applicazioni, alcune delle quali saranno menzionate di seguito:
- Determinazione dei cambiamenti di energia in alcune reazioni attraverso l'uso della calorimetria (misurazione delle variazioni di calore in alcuni sistemi isolati).
- Deduzione dei cambiamenti di entalpia in un sistema, anche quando questi non possono essere conosciuti da una misurazione diretta.
- Analisi dei trasferimenti di calore prodotti sperimentalmente quando si formano composti organometallici con metalli di transizione.
- Studio delle trasformazioni energetiche (sotto forma di calore) fornite in composti di coordinazione di poliammine con metalli.
- Determinazione delle entalpie del legame metallo-ossigeno dei β-dichetoni e dei β-dichetonato legati ai metalli.
Come nelle precedenti applicazioni, la termochimica può essere utilizzata per determinare un gran numero di parametri associati ad altri tipi di energia o funzioni di stato, che sono ciò che definisce lo stato di un sistema in un dato momento.
La termochimica viene anche utilizzata nello studio di numerose proprietà di composti, come nella calorimetria della titolazione.
