energia libera: quale è il senso?
_Mario
il Silvestroni definisce come una delle principali funzioni di stato
per la chimica.
Ma mi sfugge il senso, cosa vuol dire, cosa fà l'energia libera?
Da cosa è composta, quali fattori concorrono a crearla.... cosa è?
Grazie in anticipo, Mario.
riccardo
...
comunque cerchero' di farlo anche a costo di dire qualcosa che non e'
precisissima
dal punto di vista formale, ma per rendere il senso.
1) funzione di stato ... sai cosa e'? diciamo che e' una funzione che
dipende
(ovvero il cui valore dipende) dal cosiddetto stato del sistema, o
meglio la variazione
di questa funzione non dipende da come ho fatto a variare lo stato del
sistema.
Lo stato del sistema e' un qualcosa definito da alcune variabili che
definiscono lo spazio
in cui il sistema esiste. Se non ti intendi di matematica le variabili
sarebbero
per esempio la temperatura, la pressione, il volume ... che
caratterizzano un sistema.
certamente nel tuo libro ci saranno i soliti esempi dei recipienti di
gas ...
Quindi l'energia libera e' una funzione che dipende da queste variabili
di stato
(per esempio pressione e temperatura).
2) ora ci si potrebbe sbizzarrire a creare le piu' svariate funzioni di
stato di
energia (ovvero che abbiano le dimensioni di una energia). Ad esempio
c'e' l'energia
libera di Gibbs (quella chiamata G) o quella di Helmholtz (quella
chiamata A (arbeit)
o F in alcuni testi). ora l'energia libera usata dai chimici e' quella
chiamata G
che viene definita (cosi' arbitrariaramente in linea di principio) come
G=H-TS dove H e' l'entalpia , T la temperatura e S l'entropia. (se non
sai cosa sono queste
tre cose guardale su un libro serio). Ora se il sistema e' a p costante
si puo'
dimostrare che il DG (delta G) si relaziona al secondo principio della
termodinamica.
E il segno del DG ci dice il verso della reazione.
3) quindi i "fattori che concorrono a crearla" come dici tu (questa
affermazione e' un
po' errata di per se', comunque), sono la differenza di entalpia ,
ovvero una quantita' che ci dice come il sistema in esame interagisce
con l'esterno, e la differenza di entropia, ovvero una quantita' che ci
dice come cambia intrinsecamente il sistema. Infatti a T costante
DG=DH-TDS , che e' la classica formula per la differenza di energia
libera.
Infatti dal punto di vista della termodinamica classica (cioe'
macroscopica) si possono
ottenere solo le differenze di funzioni di stato e non i loro valori
assoluti. ovvero
si puo' avere il valore di DG tra due stati , ma non il valore di G di
uno stato.
4) per capire bene la termodinamica ti sconsiglio vivamente il
Silvestroni, sono meglio
tra i testi di Chimica Generale l'Atkins o anche in Mahan-Mayers (questo
secondo me e' in assoluto il migliore di chimica generale), oppure
l'Atkins di Chimica Fisica.
ciao
riccardo
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Riccardo Spezia
Theoretical and Computational Physical Chemistry Group
Department of Chemistry
University of Rome "La Sapienza"
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Federico Marini
news:3bfac866...@news.libero.it...
> (cut) Cosa vuol dire, cosa fà l'energia libera?
> Da cosa è composta, quali fattori concorrono a crearla.... cosa è?
> Grazie in anticipo, Mario.
L'energia libera (presumo di Gibbs) è una funzione di stato che è stata
introdotta ad hoc nella trattazione termodinamica dei sistemi (in
particolare) chimici. La sua caratteristica principale è di essere (sotto
opportune condizioni: T e p costanti) assimilabile ad un potenziale (in
realtà a rigore questo è vero solo per la sua "versione" intensiva:
l'energia libera parziale molare), ovvero ad una grandezza il cui valore
minimo coincida con una situazione di equilibrio.
Il suo utilizzo per lo studio dei problemi chimici appare quindi naturale,
in quanto la maggior parte delle reazioni chimiche avvengono a temperatura e
pressione costanti.
Altre due parole sul significato dell'energia libera di Gibbs: a temperatura
e pressione costanti il delta G di una trasformazione può essere espresso
dall'equazione di Gibbs-Helmholtz:
deltaG=deltaH-T(deltaS)
Nelle condizioni di temperatura e pressione costante, questa espressione è
un altro modo di esprimere la variazione di entropia del "supersistema"
isolato costituito dal sistema in esame e dall'ambiente:
infatti se moltiplichiamo entrambi i lati dell'equazione per (-1/T) si
ottiene:
-(deltaG)/T=-(deltaH)/T+deltaS
ma -(deltaH)/T a pressione costante è il deltaS dell'ambiente, per cui:
-(deltaG)/T=deltaS(sist.)+deltaS(amb).
Il sistema e l'ambiente formano complessivamente un "supersistema" isolato
per il quale, secondo l'enunciazione di Clausius del secondo principio,
l'entropia non può diminuire: la condizione deltaS(sist. isol.)>=0 diventa
quindi a T e p costanti deltaG<=0.
Fede.
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Federico Marini
Dipartimento di Chimica
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