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Reazioni chimiche ed energia
Tutte le reazioni chimiche sono sempre accompagnate da trasformazioni energetiche e l’energia si trasforma da una forma all’altra, ma l’energia totale rimane costante.
def 1: Le reazioni chimiche nel corso delle quali viene ceduta energia all'ambiente sono chiamate reazioni esoenergetiche.
def 2: Le reazioni chimiche nel corso delle quali viene assorbito calore dall'ambiente sono chiamate reazioni endoenergetiche.
Le particelle che costituiscono un elemento o un composto immagazzinano energia sotto diverse forme che prende globalmente il nome di energia interna. Si possono distinguere fondamentalmente due forme di energia:
L’energia potenziale connessa alla reciproca disposizione delle particelle legate tra di loro da forze di tipo elettrico. L’insieme dell’energia potenziale delle particelle costituisce una forma di energia chiamata energia chimica.
Nelle reazioni chimiche avvenendo un cambiamento delle sostanze si ha una ridistribuzione delle singole particelle e quindi, inevitabilmente, cambia l’energia chimica. Da un punto di vista energetico si possono verificare due situazioni:
Per le reazioni che avvengono a pressione costante (solitamente a pressione atmosferica) e nelle quali l’energia chimica si trasforma soltanto in energia termica, l'energia chimica viene chiamata entalpia H. Le sostanze hanno quindi un certo contenuto di entalpia e nel corso di una reazione chimica che avviene a p=cost cambiando le sostanze, si ha una variazione di entalpia DH del sistema, che viene chiamato calore di reazione data dalla seguente espressione:
Si possono presentare due casi:
Il calore di reazione viene solitamente riferito ad una mole di sostanza e misurato in Kjoule.
reazione DH(kJ/mole) note |
6CO2 (g) + 6H2O (l) ® C6H12O6 (s) + 6O2 (g) +2816 fotosintesi clorofilliana |
CH4 (g) + H2O (g) ® CO2 (g) + 3H2 (g) +206 reforming del metano |
HCl (aq) + NaOH (aq) ® NaCl (aq) + H2O (l) -56 salificazione |
H2 (g) + 1/2 O2 (g) ® H2O (g) -242 comb. dell’idrogeno |
C(s) + O2 (g) ® CO2 (g) -394 comb. del carbonio |
CH4 (g) + 2O2 (g) ® CO2 (g) + 2 H2O (l) -890 comb.del metano |
C2H5OH (l) + 3O2 (g) ® 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) -1367 comb. etanolo |
C3H8(g) + 5O2 (g) ® 3CO2 (g) + 4H2O (l) -2220 comb. propano |
C6H12O6(s) + 6O2 (g) ® 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) -2816 respirazione cellulare |
H2 (g) + Cl2 (g) ® 2HCl (g) -431 |
|
Oss1: Le reazioni scritte nella tabella sono più complete rispetto a quelle finora incontrate poiché in esse, oltre a tener conto della legge della conservazione delle masse (legge di Lavoisier), si tiene conto anche della legge di conservazione dell'energia.
Oss2: Le reazioni che non sono accompagnate da effetti termici apprezzabili si dicono termoneutrali.
Oss3: I valori di DH cioè i calori di reazione permettono di determinare quanta energia è possibile ottenere bruciando, ad esempio, i 2000 g di propano (C3H8) contenuto in una bombola da campeggio. Dato che il PM del propano è di 44.09 e che ogni mole di questo gas libera 2220 KJ possiamo impostare la seguente proporzione: 44.09g:2220KJ = 2000 g:x da cui x=1.007x105KJ
Oss4: In laboratorio abbiamo osservato che la solubilizzazione di alcune sostanze nell'acqua determina una variazione di temperatura dell'acqua stessa. Ad esempio l'introduzione di … g di idrossido di sodio in … g di acqua determina un aumento Dt di temperatura dell'acqua contenuta nella provetta pari a:
Dt = tf - ti = …..
Possiamo calcolare la quantità di calore sviluppata mediante la legge fondamentale della termologia, tenendo presente che essendo la soluzione costituita prevalentemente da acqua il cui calore specifico è di 4186 J/Kg °C :
Q = c m Dt =………………………………………………………… (Joule )
Se si divide questo calore per i grammi di idrossido si ottiene il cosiddetto calore di soluzione q.
q = Q/m (J/g)
Oss5 : Vediamo con un esempio come viene calcolato il calore di reazione o variazione di entalpia DH. Consideriamo la reazione di formazione dell'acido cloridrico:
H2 (g) + Cl2 (g) ® 2HCl (g) -431
Si può osservare che per ottenere due moli di HCl è necessario spezzare i legami H-H di una mole di H2 e i legami Cl-Cl di una mole di Cl2. Dal momento che per spezzare un legame chimico occorre somministrare energia, mentre dalla formazione di un legame chimico si libera energia, si deduce che il primo membro della reazione ha un andamento endotermico, mentre il secondo membro, è un processo esotermico. Poiché per la rottura dei legami di una mole di H2 occorrono 435 kJ, mentre per la rottura dei legami di una mole di Cl2 occorrono 243 kJ, è evidente che globalmente occorrono 678 kJ. Nella formazione dei legami di una mole di HCl si sviluppano invece 431 kJ e, quindi, per due moli se ne sviluppano 862.
E' facile dedurre, quindi, che la reazione che abbiamo preso in considerazione è una reazione esotermica; infatti il suo DH totale risulta negativo:
DH = Hprodotti - Hreagenti = -862 + 678 = - 184 kJ/mole = -184000/4187= -44 kcal/mole
Fonte: http://www.fisicachimica.it/word/energia%20chimica/energia%20chimica.doc
Sito web da visitare: http://www.fisicachimica.it
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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