Appunti di chimica: i principi della termodinamica

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Introduzione

La termodinamica è una delle branche più importanti di discipline come chimica e fisica. In questa guida saranno illustrati soprattutto gli aspetti riguardanti la chimica: si parlerà quindi di termochimica, più che di termodinamica, anche se i fenomeni descritti dalle leggi che mi accingo ad esporre riguardando i miei appunti, fanno parte della vita quotidiana e non solamente degli esperimenti che i chimici svolgono chiusi in un laboratorio. I principi della termodinamica sono 4; essi non sono stati formulati nell'ordine in cui vengono proposti solitamente, ma sono ordinati in modo tale che solo comprendendo a fondo il significato di uno si possa poi passare a quello successivo.

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Occorrente

  • Conoscenze di base di chimica e un libro di chimica generale o di chimica fisica I
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Principio zero della termodinamica: se due corpi A e B sono in equilibrio termico con un terzo corpo C, allora A e B sono in equilibrio termico tra di loro e hanno la stessa temperatura. Questo primo principio, anche se banale pone le basi per tutta la teoria termodinamica e termochimica. Infatti esplicita il fatto che la temperatura sia una grandezza in grado di determinare se due corpi sono in equilibrio termico tra di loro. Si dice quindi che due corpi sono in equilibrio termico se hanno la stessa temperatura.

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Primo principio della termodinamica: l'energia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata da una forma ad un'altra. Questo principio, detto anche "principio della conservazione dell'energia", fu formulato da Clausius. Un altro enunciato di questo principio è il seguente: la variazione di energia interna di un sistema è dato dalla somma del calore e del lavoro assorbiti o emessi dal sistema stesso durante una trasformazione.

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Secondo principio della termodinamica: la variazione di entropia dell'universo è sempre maggiore o uguale a zero. Oltre a questo esistono altri tre enunciati di tale principio. Enunciato di Clausius: è impossibile realizzare una trasformazione in cui si abbia il trasferimento di calore da un corpo più freddo ad uno più caldo senza l'apporto di lavoro esterno.Enunciato di Kelvin-Planck: è impossibile realizzare una trasformazione in cui tutto il calore assorbito venga convertito in lavoro. Ultimo enunciato: non si può costruire una macchina termica che abbia un rendimento del 100%.

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Terzo principio della termodinamica: l'entropia di un cristallo perfetto alla temperatura di 0K (zero assoluto) è pari a 0. Questo principio è particolarmente importante in quanto permette un metro di paragone tra le entropie. Questo permette di valutare l'entropia come una grandezza assoluta posseduta da un sistema, e non solo come una variazione come succede invece per l'energia interna o per l'entalpia.

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